/
Author: Волков В.Н.
Tags: горные породы геология полезные ископаемые горное дело геофизика
Year: 2007
Text
В. Н. Волков
ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ
И ОПРОБОВАНИЕ
ПОИСКОВО-РАЗВЕДОЧНЫХ
ВЫРАБОТОК
Санкт-Петербург
2007
Г п а в a 1- Основные виды поисково-
разведочных выработок
Назначение. Подавляющая часть месторождений полезных иско-
вых залегает на тех или иных глубинах от поверхности и скрыта от
непосредственного наблюдения. Поэтому для получения фактических
сведений об изучаемом объекте, его условиях залегания, морфологии,
составе и свойствах руд необходимы технические средства проник-
новения в недра. В современных условиях к числу таких средств отно-
сятся буровые скважины, горные выработки, геофизические методы
исследований. Именно данные геолого-геофизической документации и
опробования служат исходной основой выяснения названных характе-
ристик месторождений полезных ископаемых. Отсюда важность этих
исходных операций геологоразведочного процесса.
Буровые скважины - основное и наиболее распространенное
средство, с помощью которого возможно изучение большей части раз-
нообразных типов месторождений. При разведке твердых полезных
ископаемых за редким исключением используется колонковое бурение.
Только с его помощью может быть получен ценнейший фактический
вещественный материал - столбики или кусочки керна из проходимых
скважиной интервалов разреза. Необходимость в керне вынуждает
осуществлять частые подъемы и спуски бурового инструмента и сни-
жать скорость бурения.
Вместе с керном в качестве дополнительных источников факти-
ческой информации используются буровой шлам, а также мелкие
пробы, получаемые с помощью боковых стреляющих грунтоносов.
Отметим, что при изучении месторождений с помощью установок
колонкового бурения нередко применяются комбинированные приемы
проходки интервалов с отбором керна и без него. Так, при проходке
верхних непродуктивных, ранее изученных интервалов разреза можно
использовать буровые наконечники, способные разрушать породу по
всей площади забоя скважины (шарошечные долота). Это заметно ска-
жется на увеличении скорости проходки.
В условиях россыпных месторождений заметную роль (помимо
юрных выработок) продолжает играть ударно-механическое бурение
При поисках и разведке небтянык и «зрение,
находящихся на глубинах I 3 5 км и бопее ЫХ МеС1<’рожде"ий-
турбинное вращательное бурение ПроходкаИ ПОЛь3уется Роторное и
бины с непрерывным отборов™hZ ПОДо6ной ГЛ>'
4 Р рна становится в этих условиях прак-
тичсски нецелесообразной. Лишь на интервалах продуктивных гори
фонтов осуществляется частичный отбор керна с помощью специаль
ных турбо-колонковых долот. Основная же часть разрезов таких сква
жин проходится без отбора керна. В подобных условиях серьезными
источниками геологической информации являются буровой шлам и
материал грунтоносных проб.
В значительно большем масштабе, чем при колонковом бурении
применяются разнообразные методы каротажа скважин.
Горные выработки. Это весьма надежное, хотя и дорогое средст-
во поисков и разведки. В отличие от скважин, они позволяют непо-
средственно наблюдать и опробовать залежи полезных ископаемых в
их естественном залегании. К их числу относятся: канавы, шурфы
(нередко с рассечками), штольни, квершлаги, орты, штреки, стволы
разведочных шахт, наклонные выработки (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Типы поисково-разведочных горных выработок
а - общая схема расположения выработок; б забой штрека; в стенка
штрека; г вскрытие рудной залежи штольней, д patpet рудной
залежи по стенке орта (квершла! а) 1,2 шурф с рассечкой. 3 ствол
разведочной шахты, 4 квершлаг, 5 штрек; 6 наклонная выработка
(восстающий); 7 ш юльня; 8 орт
5
Квершлаги - горизонтальные выработки, ориентированные
простирания структур, которые вскрывают обычно наиболее иол"^
разрезы продуктивных зон. Документация и опробование квершла”1*
пройденных на разных горизонтах, дают богатейшую информацию8’
геологическом строении месторождения и рудных залежей. °
Штреки - также горизонтальные выработки, но проходимые по
простиранию залежей. Они позволяют непрерывно прослеживать руд.
ные тела, изучать характер изменения их морфологического облика и
качественных характеристик. То же относится к наклонным выработ-
кам, ориентированным по падению залежей. Заметим, что возможность
прослеживания рудных тел и их контактов с вмещающими породами
вдоль штреков ограничена малыми габаритами выработок. В случаях
залежей повышенной мощности из штреков проходят орты - аналоги
квершлагов. Вместо ортов проходят горизонтальные скважины или
шпуры.
Штольни используются в условиях гористого рельефа. Это гори-
зонтальные или пологонаклонные выработки, которые ориентируются
вкрест или по простиранию. Соответственно, они будут рассматри-
ваться в качестве аналогов квершлага или штрека.
Сравнительные особенности. С позиций условий геологической
документации представляют интерес сравнительные особенности вы-
работок различного типа. Как известно, поиски и разведка месторож-
дений ведутся по прерывной сети точек наблюдения. Однако в рамках
этой общей прерывности в конкретных скважинах и горных выработ-
ках в разной мере проявляются условия непрерывного прослеживания
свойств и признаков залежей полезных ископаемых (рнс. 1.2). Так, на-
пример, в шурфах и стволах разведочных шахт, в квершлагах, ортах,
рассечках и штольнях непрерывное слежение свойств возможно только
в одном направлении - по мощности залежи. Сюда же следует отнести
и буровые скважины с оговорками на невозможность непосредствен-
ного наблюдения залежей в их естественном залегании. В штреках не-
прерывное наблюдение свойств возможно по двум направлениям по
мощности залежи и ее простиранию, в наклонных выработках по
мощности и падению.
В зависимости от сложности геологического строения месторож-
дении выделяются несколько способов их изучения по использованию
дыйИ|ЧеСК1'Х С|3едств: буровой, горно-буровой и горный. При этом каж-
исспрп НИХ сопРовождается определенным комплексом геофизических
исследований.
«
Рис. 1.2. Возможности непрерывною прослеживания свойств
залежей в буровых скважинах и торных выработках.
а - направления изучения свойств залежи, б-r непрерывное просле-
живание свойств только по мощности рудного тела (о шурф, ствол
шахты; в - квершлаг, орт. штольня; г скважина); О. в непрерывное
прослеживание свойств по мощности и простиранию (д штрек) или
по палению (е наклонная выработка)
Буровой способ применяется при разведке месторождений прос-
того и средней сложности геологического строения. Используемые
здесь единичные горные выработки проходятся со специальными
Целями, например, для отбора крупных технологических проб. Однако
и в этом случае нередко обходятся скважинами, снабженными обору-
дованием для пересечения рудного тела большими диаметрами.
I орно-буровой способ применяется при разведке рудных место-
рождений сложного строения с неоднородным обликом залежей.
7
UURblM нередко прерывным характером оруденения. На таких
Т^ях одними скважинами не удается выявить многие важные для
объектах од и особенности строеиия и поведения
геолого-промьгшленн^ выработки. Чаще
РУДНЫХ я наиболее важных для познания структуры месторождения
ySm или на верхних горизонтах, которые первыми будут вовле-
ЧеНЬз™!льно' меньшая по количеству группа месторождений
кого и очень сложного геологического строения, с весьма нсодно-
попным типом оруденения, разведывается одними горными выработ-
ки Подобные объекты (мелкие неправильной формы залежи, гнездо
разные скопления) настолько сложны для разведки, что даже с по-
мшцью горных выработок степень их изученности остается невысокой
(запасы по категории нс выше С0.
Геофизические методы. Это широкий спектр эффективных
приемов поисков и разведки месторождений рудных, горючих и
нерудных полезных ископаемых. Существо каждого из методов, выбор
и применение тех или иных их комплексов - предмет отдельного
курса. Здесь обратим внимание на характер получаемой геофизической
информации, по сравнению с данными скважин и горных работ.
Применительно к теме настоящего пособия основными видами
геофизических исследований являются:
- каротаж скважин,
ядерно-геофизическое опробование горных выработок и сква-
Фактический материал, получаемый с помощью геофизических
методов, отличается по своему характеру от данных буровых скважин
(буровЬ!Х выра®оток- 1'РИ Документации горных выработок и керна
или пул™ ^ЛаМа) Wb* имеем Дело непосредственно с самой породой
> ео^)изика предоставляет в наше распоряжение косвенный
РОВ пазлКИЙ WaTCpllajL Это нс образцы и пробы, а величины парамет-
выраженныеЫХ 1ризических (естественных или наведенных) свойств.
Удельное электтш ответствУюи1ИХ единицах измерения (плотность,
нитноегь пялил еское еопротивление, скорость упругих волн, маг-
В н^тоящееКТИВН°СТЬ’ аК>С™чсс™с свойства и др ).
образных методик!РеМЯ КЯрОтаж охватывает широкий комплекс разно-
помощью опускаемых МеК1'1СаЬИО К разнЬ1М типам месторождений. С
чески замеряется Lindin скважинУ специальных приборов автомати-
оьая информация, преобразуемая далее графи-
О
чески в серию кривых, которые сопоставляются с разрезом по данным
бурения. Между замеренными физическими параметрами и отвечаю-
щими им привычными характеристиками и свойствами пород и руд
лежит не всегда простой путь нахождения связей или, как принято
говорить, геологической интерпретации геофизических данных.
В результате получают исправленный, а на бескерновых интер-
валах полностью или частично интерпретированный геолого-геофизи-
ческий разрез скважины. С той или иной эффективностью удается
выделять в разрезе залежи полезных ископаемых, устанавливать глу-
бину их залегания, мощность, дифференцировать внутреннее строе-
ние - выявить чередование рудных и безрудных участков, а в ряде слу-
чаев с помощью ядерно-физических методов определять состав руд и
содержание главных компонентов. Помимо этого, в задачи службы
каротажа входит выполнение инклинометрии скважин, регистрация
уровня воды, определение физических свойств пород, кавернометрия и
др. (см. далее разделы 2.2 и 2.3).
Сравнительно новым видом геофизических исследований является
прослеживание залежей полезных ископаемых в пространстве между
скважинами или горными выработками (например, радиоволновое
просвечивание и др.).
Глава 2. Первичная геологическая
документация
2.1. Исходные понятия
Цель, содержание, масштабы. Назначение первичной докумен-
тации подробная регистрация (или фиксирование) наблюдений в
полевых условиях [18]. Объектами первичной документации поисково-
разведочных выработок являются залежи полезных ископаемых, вме-
щающие их породы, условия залегания пород и руд. Эта документация
включает графический материал (зарисовки, колонки, разрезы, фото-
графии забоев горных выработок или керна), различного вида замеры
(мощность, углы и азимуты падения, размеры трещин и др.), текстовую
часть (описание состава пород и других наблюдаемых характеристик
рудных тел и вмещающих пород) и, наконец, каменный материал -
образцы и пробы.
Масштабы первичной геологической документации поисково-
разведочных выработок чаще всего относятся к категории крупных.
Так, для горных выработок это 1:10 1:20 - 1:50. реже 1:100. Для бу-
ровых скважин обычно используются масштабы 1:200 - 1:1000.
Местонахождение (привязка) выработок. Прежде всего укажем
на традиционные способы прямой и обратной засечки на какие-либо
два заметных ориентира с использованием горного компаса или бус-
соли (рис. 2.1). При нанесении точек на карту следует учитывать маг-
нитное склонение.
Привязка объектов нередко выполняется с вполне достаточной
точностью с помощью аэрофотоснимков или детальной топографи-
ческой карты, на которых положение выработки фиксируется по четко
различимым местным ориентирам.
В настоящее время широко используется созданная в США сис-
тема глобального позиционирования (GPS), которая позволяет опреде-
лить координаты обнажения, устьев шурфов, скважин и других объек-
тов с погрешностью от 100 до 12-15 м и меньше. Основа способа
связана со сложными аспектами высоких технологий. В понятиях гео-
дезии этот способ отвечает решению задачи обратной засечки. В каче-
опорных точек попользуется до четырех искусственных спут-
и сопт ° П0М0Щью к°торых измеряются расстояния до нашего обьектJ
соответственно находятся его координаты.
10
Рис. 2.1.11ривязка объекта (устьев шурфов, скважин)
прямой и обратной засечкой [231.
В практических целях в условиях геологоразведочных работ при-
меняется портативный приемник Garmin GPS-12. Его использование
требует некоторого навыка, внимательности и аккуратности. Полу-
чаемые с его помощью координаты точек наблюдения могут быть
перенесены в компьютер и далее на карту изучаемой территории.
Среди доступных для учащихся назовем некоторые работы по
теории и практике указанного способа [2, 28]. В частности, обратим
внимание на учебное пособие, написанное для студентов СПбГУ, про-
ходящих практику по геологической съемке в горном Крыму [2]. К
сожалению, оно издано чрезмерно малым тиражом.
Начиная с 2007 г. в России вводится в действие аналогичная по
задачам глобальная навигационная спутниковая система (ГЛОНАСС).
Помимо указанных способов отметим, что привязка (определение
координат) устьев буровых скважин, разведочных шахт, штолен
выполняется традиционными топогеодезическими инструментальными
методами, в частности с применением теодолитов. Что касается под-
земных горных выработок (квершлагов, штреков), то их привязка и
составление горных планов осуществляются специальной маркшей-
дерской службой. Поясним на примере привязку точек А и Б на схеме
горных выработок (рис. 2.2). Привязка точки А будет выглядеть так.
восточный квершлаг горизонта 80 м шахты 2, в 60 м от ствола шахты
или в 5,6 м от маркшейдерской точки 3 (МТ 3). Привязка точки Б.
северный ш трек горизонта 80 м, в 10 м от МТ 4 к северу от места пере-
сечения с восточным квершлагом.
11
'~-О
б
Рис. 2.2. Пример привязки точек наблюдения (А. Б)
в системе горных выработок шахты.
а - план горизонта 60 м; б разрез в направлении квершлага
МТ 2 маркшейдерская точка Остальные пояснения в тексте.
роса. В числе треб Д°К^Ментации- ^то весьма важная сторона воп-
систематичности^083111^ Назовем очевидные условия объективности,
родного набора фц0**10™ Существенно условие использования одно-
полезных ископаемыхИРУеМЫХ призиаков ПРИ документации залежей
магматическими попп связанных с осадочными, метаморфическими.
многочисленных заои^" <СМ’ Далее Раадел 2-5). При выполнении
обозначения. Первичн^”* СЛедУет использовать единые условные
ею могли пользоваться вз ДОкУментацию полагается вести так, чтобы
ЦрЖны ори создании мя УГИе лица' Перечисленные условия особенно
Г|Опи°Й ИИФ°рмаиии. Все-,тлННЫХ банкОв Унифицированной геололг
дке ведения и сохранен может 6ь,ть выполнено при определен**м
ия первичных геологических. мазг-рьь........................................... ’
том числе при отражении фиксируемых наблюдений ня
формах документации [18]. Д ” На ^принять,
В завершение отметим два аспекта, непосредственно кя
первичной геологической документации поисково-развепочм?,ОЩИХСЯ
боток. Во-первых, надо всегда иметь в виду невозможность по ВЫРа’
многих и многих наблюдений вследствие, например, ликвидаций™
боток. Во-вторых, документацию выработок должны вести «
вило, техники-геологи под контролем геолога ’ ак Пра'
И последнее При большом объеме проходимых на местопож
дении выработок (канав, шурфов, скважин) документацию м“огих
них не всегда можно успеть проверить. В таких случаях она основа™
на доверии, что, с одной стороны, почетно, а с другой наклады ™?
большую ответственность на людей, выполняющих эту работу.
2.2. Горные выработки
Канавы. После определения положения и ориентировки канавы
иа карте (привязывается один из углов канавы) выполняются ее разме-
рения (рис. 2.3). В силу ряда причин рельеф стенок и профиль забоя
(дна) нередко получаются неровными. Соответственно желательно
сохранить в графических материалах документации реальную форму
выработки.
Рис. 2.3. Схема разметки и обмера канавы [18J.
о - поперечный разрез; б разрез по западной стенке; в - забой (дно) канавы.
Рис. 2.4. Объекты документации канав
1 покровные отложения; 2 - коренные породы Пояснения в тексте.
° KaHaBW-
плоскости чсргежв У проекция
*е,,ИЯ; 3 ~ ™ о бо^а (’р “7— о-
лежачего бока (почвы) К 4 ,,ородь1
14
На рис- 2.4 укачены следующие варианты документ ии„
и) обе стенки и забой, б) одна из двух стенок и забой в) одна ’
) только один забой. Варианты а, б, „• используются’при по ,СН<*
жей, связанных с коренными породами. Варианте чаще отве™^ ^'е'
виям изучения покровных отложений (россыпи, пески и тли
При документации и зарисовке поверхностей стенок и заб
вы, не лежащих в одной плоскости, используется прием изобрХ^Г
виде так называемой развертки. Схема построения разверпси^Х ’
Поверхность забоя канавы совмещается с плоскостью чсптежа Р
или обе стенки разворачиваются в одну (обе) стороны (рис ’25Tr
Л°™та,е" “₽“НГ PU3“₽™ “
Рис. 2.6 Распространенный вариант документации канав
(стенка и забой).
Цифры в кружках - номера образцов и места их отбора
Обозначения см. рис. 2.5.
На развертках учитываются случаи проходки канав с изменением
азимута направления. В условиях канав большой длины развертка вы-
полняется по отдельным интервалам, укладывающимся в габариты
'Рафических материалов документации. Па крутых склонах нередко
проходятся ступенчатые канавы (рис. 2.7).
В целях прослеживания выявленных в поперечных канавах руд-
”Ь1Х залежей по простиранию могут проходиться продольные канавы,
сличающиеся большей шириной.
Рис. 2.7. Схема документации ступенчатой канавы,
а-разрез по стенке канавы; б- колонка. Обозначения см. рис. 2.5.
а^шюженад«ГКИ " °®мера сечс,,ия шурфа I >«1-
УРфа в плане, б стенка шурфа Стрелками
Показаны места замеров сечения
16
Шурфы. На карте привязывается один из углов шурфа, a ею стен
КН ориентируются по странам света. Размерения осуществляют <
помощью шнура или мерной ленты. Частота замера длины и ширины
примерно через 0,5-1 м (рис. 2.8). На зарисовках лучше изображать
реальную форму и размеры стенок выработки. В то же время в ряде
случаев стенки шурфа показываются на зарисовках в виде прямоуголь-
ников. Геолог сам выбирает нужный вариант, сообразуясь со слож-
ностью геологического строения объекта.
Если шурф крепится венцовым креплением на стойках, его доку-
ментацию можно вести в процессе проходки и крепления. В случае
крепления сплошным венцовым креплением документация возможна
только до закрепления выработки.
Возможностей документации стенок шурфа несколько (рис. 2.9).
Зарисовывают одну, две, три и все четыре стенки. Вариант с одной
стенкой следует рассматривать как редкий. Он годится для условий
простого горизонтального ненарушенного залегания пластовых тел
осадочной природы. Чаще выполняются второй и третий варианты.
Вариант документации всех четырех станок используется в случаях
очень сложного строения объекта.
Рис. 2.9. Объекты документации шурфа
° одна из стенок; б две смежные стенки; в три стенки; г четыре стенки
Широко применяются развертки стенок шурфа (рис. 2.10). При
этом плоскость чертежа совмещается с одной из стенок, а остальные
разворачиваются по указанной на рисунке схеме. На рис. 2.11 приве-
дены примеры развертки шурфов на две, три и четыре стенки.
Подземные выработки. Имеются в виду квершлаги, штреки,
наклонные выработки. Об определении нх местоположения говорилось
выше (см. раздел 2.1). В этих выработках обычно не требуется прове-
дение особых замеров их формы, поскольку они, хотя и отвечают ста-
ТУсу поисково-разведочных, проходятся по соответствующим усло-
виям горного дела паспортам.
17
Рис. 2.10. Схема развертки шурфа прямоугольного
сечения па три стенки.
а положение шурфа в плане; б развертка стенок шурфа
Р - проекция плоскости чертежа. Обозначения см. рис 2.5.
" по дау/шенка" бВапИа,11ГЫ лок>мента1“'и ШУРФ»
положение шутяЬя по трем стенкам; в по чет ырем стенкам.
- иомер^Х: ^начеии, его етенок Цифры в круж-
1 Образцов И месга нх отбора. Обозначения см рис 7 <
18
1 ^г*и"аги штольни, идущие вкрсхг прястираниа) пре.,.....а
т и-'пй ценнейшие, с точки зрения геологической jJl.'/mphi алии
выработки, которые вскрывают на одном горизонте непрерывный
“зрез рудовмещающей толщи. Обычно документируется одна из сте-
нок квершлага (рис. 2.12). Развертки (стенка и кровля, обе стенки и
кровля) используются редко.
(-1 1 1 1 I 1 1-1
01 234 567 8м
Рис 2.12. Документация стенок квершлага (орта).
Цифры в кружках - номера образцов и места их отбора. Стрелкой
показано направление продвижения забоя Обозначения см. рис. 2.5.
Штреки и аналогичные по ориентировке штольни представляют
не меньшую ценность, так как позволяют прослеживать непрерывно
залежи полезных ископаемых по простиранию. Как правило, в этих
выработках, в зависимости от наклона рудных тел, непрерывно доку-
ментируют стенку или кровлю, а также периодически, через равные
интервалы (3-5-10 м) забои (рис. 2.13).
а Рис. 2.13. Документация штрека.
их(пг',С!П?стеикс" ® зарисовки забоев. 1 (ифры в кружках номера образцов и места
Р Стрелкой показано направление продвижения забоя Обозначения см. рис. 2.5.
19
^1ИЯ «млонных выработок, ориентиром*»., • й
документа" __ залежи, дает возможность непрерывно приоц.
чЛли ‘ ^нИЯ РУ^о°Болыпей частью документируется одна из ст-„,.
3И1Ь w по паде чтО сам процесс осуществления докумев,*.
выработки, м д з ов связан в данном случае с рядом трудностей, в
цнииразлич шении техники безопасности, особенно для круто.
ТОМ ЧИС^ выоаботок (восстающих), которые проходятся снизу вверх.
"аяаЮХписовки стенки такой выработки, пройденной с одного гори-
Р^а на Другой приведен на рис. 2.14. Многие примеры детальной
XUxeS». «окументаи» горных .ырабогех ртссматр™™
рукоаодс.аах по рудничной и шахтной геологии [21 и др.].
в
Рис. 2.14. Документация стенки наклонной выработки,
11 а. ид5/щей по палению рудной залежи,
ифры к кружках номера образцов и места их отбора
Обозначения см. рис. 2.5
Дует принима°ЛНе<1ИИ пеРВИЧной Документации горных выработок спе-
цработа в неза*' В° внимание требования правил техники безопасности
газу, в остаиппиРеГи1СННЬ1х забояхл в выработках, опасных по пыли и
оставленных выработках и т. п.) [26].
2.3. Буровые скважины
определении его сква5КИНЬ1- О привязке устья скважины и
случае интерес после™"3' У' говоРилось в разделе 2.1. В данном
ляет положение ствола скважины в проезран-
20
гь, и, В частности, точки подсечения скважиной 31 дельных i ри..
" ,ч в том числе залежей полезных компонентов.
В отношении вертикальной скважины ответ на этот вопрос очеви-
ден. Точка встречи скважиной рудного зела проектируется в плане в
точку устья скважины (рис. 2.15, а). Соответственно глубина его зале-
гания от поверхности (Н) равна глубине по скважине (£).
Иначе обстоит дело с наклонной скважиной, проходимой в задан-
ном направлении под определенным углом к горизонту (рис. 2.15, б). В
этом случае точка вскрытия рудного тела проектируется на карте в
стороне от устья скважины. Глубина залегания рудного тела от по-
верхности (Н) отличается от глубины по скважине (£). Величину Н
можно найти графически или по формуле
//=£sinz±Az, (2J)
где т - угол наклона скважины к горизонту; Az разница по высоте
между устьем скважины и проекцией точки подсечения залежи.
Близкие соотношения наблюдаются в случае искривленной сква-
жины (рис. 2.15, в). Существенное различие лишь в том, что угол
наклона и направление искривления такой скважины в большинстве
случаев остаются неизвестными. Для выяснения ее ориентировки осу-
ществляется операция по замеру кривизны - инклинометрия.
Инклинометрия скважин. Основными параметрами кривизны
являются: зенитный угол у отклонение ствола скважины от верти-
кали и азимутальный угол ф - угол между направлением на север и
направлением искривления скважины (см. рис. 2.15, в). Замеры назван-
ных углов выполняются приборами инклинометрами.
Обычно верхние интервалы разреза вертикальных скважин (до
•00-200 м) остаются практически вертикальными. Собственно искрив-
ления начинаются с глубин от 200-300 м и более. Причины искрив-
лений различны (крутые углы падения пород разной крепости, нару-
шения режимов бурения).
Искривление скважин глубиной до 500 м, как правило, проис-
х°Дит в одной плоскости (рис. 2.15, а инклинограмма такого
искривления (положение на карте проекции забоев скважины, по мере
е УРения) вьп лядит как прямая или почти прямая линия (рис. 2.15, д).
, Скважин глубокого нефтяного бурения (2 3-5 км) инклинограммы
"РВДставляются в виде кривых, близких к спирали (рис 2.15, е)
Р” бУРении тех же нефтяных и газовых скважин нередко прибегают к
21
еометрнческие характерно гики вертикальной, наклонной
а . и искривленной скважин.
клона g,,K^bllM с:'важина- 6 - наклонная скважина, разрез в плоскости па-
ленной скважиныЛСННаЯ СКВажина н элементы ее кривизны; г разрез искрив-
ленной скважиньг ПЛОСКОСТИ искривления; д - ииклино|рамма плоскоискрив
искривления А ' е ннклинотрамма скважины с переменным азимутом
залегания руднП1 о^л скважиНьг-1 точка вегречи рулного тела, L глубина
геласл поверхности * ** П° скважи"с; Н ‘Лубина птчки |юдсечення pv пин’
, р оююяние точки подсечения рудного тела ci вертикали
проходящей через устье скважины
иышленному искривлению в заданном направлении псд г^пре v
ными зенитными углами, вплоть до перехода к почти горизонта |ьг . <
стволам большой протяженности.
В большинстве случаев используются электрические инклино-
метры с магнитной стрелкой. Их диаметры составляют не более 50-
60 мм, что позволяет использовать эти приборы почти во всех скважи-
нах. Упрошенная схема инклинометра показана на рис. 2.16. Основными
узлами прибора являются, рамка со смещенным грузиком, магнитный
компас и отвес. Рамка фиксирует плоскость искривления, вдоль кото-
рой располагается направление 0-180" компаса, что дает возможность
найти азимутальный угол. Отвес определяет зенитный угол.
Рис. 2.16. Схема устройства электри-
ческого инклинометра [17|.
/ стенки скважины; 2 электрический
кабель, 3 корпус прибора; 4 - свободно
вращающаяся рамка со смещенным отно-
сительно осн грузиком; 5 магнитный
компас на карданном подвесе; 6 отвес.
Пояснения в тексте
Величины зенитного и азимутального углов измеряются автома-
тически по изменению электрического сопротивления в цепи, в зави-
симости от отклонения отвеса от оси прибора или магнитной стрелки
от направления 0-180°. Точность определения зенитного угла в ис-
правном приборе меньше 1°, азимутального - около 5°.
Инклинометрия проводится после завершения скважины или по
отдельным частям разреза. Прибор опускают на забой и начинают под-
нимать вверх. Замеры могут выполняться непрерывно или с любой
частотой (например, через 10-25 50 м). Вся операция выполняется
1еофизической службой каротажа (см. далее).
При бурении скважин, пересекающих магнитные руды, или в слу-
чае закрепленных обсадными трубами стенок скважины используются
23
Рис. 2.17. Построение разреза и инклинограммы плоско-
искривленной скважины [30].
а разрез в плоскости искривления скважины; б - инклино-
грамма; к>, 7,, у,, у зенитные углы; </>,, ф азимуталь-
ные углы; С точка встречи рудного тела; С - проекция точки
встречи рудного зела на плане; 1-3 точки замера кривизны.
Г 3' проекции гочек замера кривизны на плане.
Рис. 2.18. Схема персисктив-
п<я о изображения скважины,
искривленной по криволиней-
ной поверхности (27|.
Обозначения см. рнс. 2 17.
24
гироскопические инклинометры более сложной конструкции и сравни-
тельно повышенных диаметров [16].
Результаты инклинометрии выражаются в табличной и графиче-
ской формах (табл. 2.1).
Таблица 2.1. Схема представления результатов
инклинометрии скважин
Глубина точек замера кривизны, м Величина углов, град.
У Ф1
21 71 Ф<
2.2 72 Ф1
2-з 71 Ф>
2ц 74 Ф*
^5 7з 05
Примечание. В случае плоского искрив чення
скважины величины азимутальных уыюв (ф) близки ме-
жду собой и находятся в пределах точности замера
Сравнительно проще строится разрез в случае плоского искривле-
ния скважины (рис. 2.17). Чертеж совпадает с плоскостью искрив-
ления. На интервалах между точками замера ось скважины отклоняется
от вертикали на величину усредненного значения зенитных углов (пре-
дыдущего и последующего).
При искривлении скважины по криволинейной плоскости (изме-
нение и зенитного, и азимутального углов) построение разреза выпол-
няется более сложным образом [27]. Общий вид такой скважины пока-
зан на рис. 2.18.
Помимо табличных и графических приемов используются и ана-
литические способы определения координат любой точки на оси
искривленной скважины. Так, согласно учебникам горной геометрии
U7, 30], координаты точки встречи скважины с рудным телом в точке
С определяются по формулам
хс Хо ч I t[sin (у, । + у,)/2 cos(0, , + ф,)/2],
К Уо^ I E[sin (у, j + у,)/2 cos(0,~i + ф,)/2], (2.2)
zc = z0 IL cos (у, । + y,)/2.
l интервал между точками замера кривизны (например, 25 м); у
25
Рис. 2.19. Правило извлечения керна
из колонковой трубы и его укладки в
керновые ящики.
а положение керна в колонковой трубе;
б укладка керна в керновый ящик.
Пояснения в тексте
2.20.
). Пример зарисовки керна в натуральную
величину (по А. В. Копелиовичу).
I кварцево-пиритовая руда; 2 — кварцево-молибденитовая
руна; 3 полиметаллическая руда; 4 - кварцево-турмали-
новая руда 5 - каолннизированные граниты.
м
26
ЙНИ1НЫЙ угол в точке замера; ф, азимутальный (или дирекции ищиН
гол в точке замера; Ло, Уо, 2о — координаты устья скважины.
Документация колонковых скважин. Это основной тип сква-
жин, используемых при поисках и разведке месторождений твердых
полезных ископаемых (рудных, нерудных, горючих). Геологическая
документация таких скважин заключается в составлении разреза
(колонки) по ее оси, характеристике пройденных пород, выполнении
различных замеров, отборе образцов и проб.
Исходным фактическим материалом служат извлекаемый из сква-
жины керн, данные различных методов каротажа, результаты инклино-
метрии. При необходимости используется буровой шлам, грунто-
носные пробы.
Обратим внимание на важную прозаическую операцию по извле-
чению керна из колонковой трубы и последующей его укладке в кер-
новые ящики (рис. 2.19). Столбики и кусочки керна извлекаются по-
следовательно, чтобы не перепутать их взаимное положение в колон-
ковой трубе. На рис. 2.19 кусочки керна специально помечены номе-
рами, отражающими их положение в колонковой трубе и керновом
ящике. Во всех случаях керн укладывается строго в определенном по-
рядке - слева направо в каждом отделении ящика. От каждого подъема
керн отделяется бирками (этикетками), в которых, помимо указания
разведочной партии, месторождения, участка, номера скважины, ука-
зываются глубины пройденного интервала, величина поднятого керна.
Далее следуют подписи сменного бурового мастера и техника-геолога.
После укладки керна в полевом журнале выполняется его описа-
ние по отдельным подъемам с соответствующими зарисовками и фик-
сированием различных замеров. На этой основе приступают к сос-
тавлению самого разреза по скважине с выделением отдельных слоев
или однородных типов пород, указанием характера контактов, фикса-
цией условий залегания, мест отбора образцов и проб. Разрез состав-
ляется, как уже отмечалось, в масштабе 1:200 - 1:500. Наиболее важ-
ные участки разреза (залежи полезных ископаемых, их контакты)
нередко зарисовываются в более крупном масштабе, а в отдельных
случаях даже в натуральную величину (рис. 2.20).
Надежность построенного таким образом разреза определяется не
только опытом и внимательностью геологического персонала, но и в
тначигельной мере технологией ведения буровых работ. Простейшей
оценкой качества бурения является показатель выхода ксриа - отно-
Рис. 2.21. Схема каротажа скважины.
1 скважина; 2 - скважинный прибор (зонд);
3 - кабель; 4 - буровая вышка; 5 - блок; 6 -
каротажная станция.
Рис. 2.22. Выявления в разрезе скважины угольного пласта,
пения его мощности и строения по данным карогажа coup
ний (Ом • м) и । амма-гамма-кар01ажа (имп./мин) (по В. В. Г Реч^*^т
1 уюлъ; 2 - углистый аргиллит, 3 - слабоуглишый аргиллит, 4 ар»
28
шечие длины поднятого керна к длине пройденного интервала (в при
центах). Высокий выход керна - непременное условие надежное и
разведки месторождений. Идеально высокий (95-100%) показатель
достигается при обычных режимах бурения только при проходке креп-
ких нетрешиноватых и однородных пород и руд. В других случаях
керн, находящийся в скважине в колонковой трубе, под воздействием
вибраций и размывающего действия промывочной жидкости, избира-
тельно истирается и разрушается. В результате выход керна может
снижаться, вплоть до 50-30-10%. Для условий качественной проходки
продуктивных интервалов разреза и тем более самих залежей полезных
ископаемых показатель выхода керна должен находиться на уровне
85-95%.
Существует ряд приемов, направленных на обеспечение заданных
норм выхода керна. Например, меняют режимы бурения (проходка
интервала короткими рейсами, уменьшение скорости вращения бу-
ровой коронки и количества подаваемой на забой скважины промы-
вочной жидкости). Однако более радикальным приемом является
использование специальных двойных или даже тройных колонковых
труб. Суть этих устройств состоит в том, что внутренняя (керно-
приемная) труба не вращается. Кроме того, в нее не попадает промы-
вочная жидкость. С помощью подобных приемов проходки залежей
полезных ископаемых обычно удается получать гарантированные
результаты, вплоть до условий мягких, трещиноватых руд, коксую-
щихся углей.
В целом условия документации керна, а также последующих
операций по его сохранению, сокращению и ликвидации регламенти-
руются соответствующими руководствами [9, 18].
Помимо керна, обязательной составной частью документации раз-
резов колонковых скважин является проведение в них геофизических
исследований - каротажа. Этот вид скважинной геофизики заключа-
ется в измерении вдоль стенок скважины численных параметров, ха-
рактеризующих физические свойства проходимых пород. Для этого
используются специальные приборы (зонды), опускаемые на электри-
ческом кабеле в скважину (рис. 2.21).
По замеренным величинам физических свойств определяют харак-
тер и типы пройденных горных пород (решение обратной задачи каро-
тажа). Различают электрический, магнитный, радиоактивный, акусти-
ческий, рензгенорадиомстрический и другие виды каротажа. Так,
например, в условиях угольных скважин к рациональному комплексу
Сго методов относятся (16): каротаж сопротивлений (КС), гамма-
29
K^poiax (ГК), гамма-гамма-каротаж (ГТК), нейтронный гамма-кар . ш
(НГК), боковой токовый каротаж (БТК). При этом ряд методов нере
используется в нескольких модификациях (рис. 2.22)
Результаты выполненных исследований выражаются, как правило
в виде кривых или диаграмм в любом заданном масштабе и сопостав-
ляются далее с данными бурения. С помощью этих диаграмм во
многих случаях удается выделять в разрезе скважины (независимо от
данных бурения) залежи полезных ископаемых, определять глубину их
контактов, мощность и строение. Соответственно каротаж дает воз-
можность заметно уточнить построенные по материалам бурения
колонки скважины.
При изучении некоторых типов рудных месторождений каротаж
позволяет не только выявлять в разрезе рудные тела, но и определять
состав руд и содержание главных рудных компонентов [17]. В этих
целях применяется главным образом рентгенорадиометрический каро-
таж (РРК), который основан на возбуждении и регистрации характе-
ристик рентгеновского излучения элементов, входящих в состав гор-
ных пород. Лучшие результаты достигаются при изучении руд, в
составе которых преобладают элементы с большими атомными номе-
рами. Этот вопрос непосредственно связан с областью опробования и
рассматривается далее в гл. 4.
Как уже отмечалось, в неясных или спорных случаях интерпре-
тации данных бурения и каротажа используются боковые стреляющие
грунтоносы, позволяющие получить небольшие пробы пород или рул
с определенных глубин.
С учетом всех составляющих составляется так называемый приня-
тый разрез, который и рассматривается далее в качестве основы после-
дующих построений и выводов. Составные части такого разреза пока-
заны схематически в табл. 2.2.
чае им" енности Документации глубоких скважин. В данном слу-
всдки м°ТСЯ В скважины, проходимые в процессе поисков и Ра3
торное ^™Рожденио нефти и газа. В этих условиях применяется ре
ется лишь ?^бинное бурение, при котором отбор керна осуществлю
,,РодуктивныхОТДеЛЬНЬ1Х интеРвалов продуктивных или потенциально
характеРистикиГ“ризонтов- Источниками каменного материала лл
“ридается большп^0 разРеза скважин служит буровой шлам. котор°м^
"Ые 1g^HTO,IOCbl значение. Используются также стреляющие
очкового бурения, в данном случае несравВсН11
/а -пица?.?. Схема разреза колонковой скважины
Название геологического учреждения, экспедиции, партии
На ванне месторождения, участка работ
Геологический разрез по скважине №
Масштаб
Диаметр бурения, м (начальный, конечный)
Разрез по бурению Разрез по каротажу
Принятый, взаимо- согласованный разрез
Лигологическая колонка по данным изучения керна с указанием гра- ниц слоев различных типов пород и рудных тел. их контактов, мощ- ности, углов падения по оси керна, мест отбора образцов и проб и др. Описание пород Ли1оло1ичсская колонка по данным карозажа с приведением комплекса каротажных диаграмм. Определение интервалов глубин залежей полез- ных ископаемых, их мощности и строения Данные инклинометрии Литологическая колонка по данным бурения и каротажа, с уточнен- ными границами слоев пород и залежей полез- ных ископаемых, вели- чинами их нормальной мощности, условий зале- гания. Уточненное опи- сание разреза
Примечание- Подробное содержание таблицы см. [9,18]
большая роль принадлежит каротажу скважин. Применяется широкий
спектр методов, включая, в частности, различные модификации каро-
тажа сопротивлений (КС), самопроизвольной поляризации (ПС),
индукционный каротаж (ИК), гамма-каротаж (ГК), нейтронный гамма-
каротаж (НГК), акустический каротаж (АК) и др. Обычно в каждой
скважине снимается до 5 и более диаграмм, отражающих изменения в
разрезе свойств пород н содержащихся в них нафтидов.
По данным каротажа нефтяных и газовых скважин во многих слу-
чаях удается построить литологический разрез, выделить среди песча-
ных и карбонатных пород нефтеносные, газоносные и водоносные кол-
лектора, определить положение водонефтяных и газонефтяных контак-
та (ВНК и ГПК), установить интервалы последующего опробования
скважин (рис. 2.23, 2.24). Геофизическая служба каротажа выполняет
также инклинометрию, кавернометрию и термометрию скважин.
Применяется несколько методик литологического расчленения
Разреза глубоких скважин. Согласно одной из них, на первых этапах
изучения какой-либо перспективной площади проходятся так называе-
мые опорные (параметрические) скважины с максимально возможным
31
Ф но- •
О ъемн“й
состав породы, %
л 50 10°
254V
НГК
ГК
Рис. 2.23. Графическое изображение
терригенного разреза скважины по
результатам комплексной машинной
интерпретации данных каротажа |7].
/-глины, 2 песчаники; 3 углеводороды,
4 - вода; 5 - пористость.
ЮТ ™° 1,121,0
Рис. 2.24. Выделение в разрезе
скважины конвекторов, сложен-
ных карбонатными породами по
данным каротажа сопротивле-
ний (Ом м). гамма-каротажа
(импЗмин), нейтронного гамма-
каротажа (имп./мин) (16].
I нефтеносный пористый извест-
няк. 2 водоносный пористый из-
вестняк, 3 известняк
32
керна На этих скважинах выполняются опытны капот
Следования. В результате составляются типовые гсолого-.
четкие разрезы, которые и используются далее при анализе комЛе." „
-пивых каротажа в остальных скважинах.
К в условиях крупных объемов геолого-геофизической информации
получаемой при бурении нефтяных и газовых скважии, в настоящее
время используются автоматизированные машинные способы обра-
ботки данных, позволяющие оперативно получать результаты в элек-
тронной и графической формах. Об опробовании нефтяных и газовых
скважин см. далее гл. 4. Конкретные методы анализа и интерпретации
данных каротажа глубоких нефтяных и газовых скважин описаны в
специальной литературе [7, 16 и др.].
Обычно перед выполнением каротажа глубоких скважин буровой
инструмент предварительно извлекается на поверхность. Однако в
последнее время получили распространение способы каротажных
исследований в процессе бурения скважин. По существу те же при-
боры, которые до этого опускались в скважину на кабеле, в данном
случае включены в конструкцию бурового инструмента, выполняю-
щего те же методы каротажа (КС, ГК, ГГК, НГК и др.), а также опера-
ции инклинометрии, кавернометрии, замера давления и температуры
[7]-
Понятно, что в условиях сложных в геологическом отношении
объектов не всегда перечисленные выше операции выполняются с
высокой надежностью результатов. Однако методы каротажа нефтяных
и газовых скважин непрерывно модернизируются. В настоящее время
это наиболее передовой фронт геофизических исследований. Именно в
отношении таких скважин ведутся разработки новых продвинутых
методов геофизических исследований.
Другие виды бурения. В данном случае укажем главным образом
на скважины малой глубины (5-10-20 м), проходимые обычно по
покровным, реже коренным породам. Так, например, при литохимиче-
ских поисках по вторичным ореолам, а также при исследовании грун-
10в П0Д строительство каких-либо объектов применяется шнековое и
Вибрационное бурение.
Ври изучении россыпных месторождений (помимо шурфов) при-
меняется механическое ударное бурение. В этих условиях проходятся
скважины большого диаметра с опережением обсадных труб, в целях
получения строгих данных об объеме пространства, из которого извле-
кается порода.
33
2.4. Фотогеологическая документация
Общие сведения. Наряду с традиционными зарисовками ПрцМе.
няется фотогеологическая документация горных выработок и керна
скважин. В этом случае получаемое на фотоснимке изображение фОр_
мируется лучами, идущими от объекта и проходящими через цен.
тральную точку объектива аппарата (рис. 2.25). Искажения, получае-
мые на снимках, связаны с неперпендикулярностью оптической оси
камеры к фотографируемой поверхности, а также с неровностью самой
поверхности. Наибольшие искажения наблюдаются на краях снимка.
Поэтому фотографирование стенок и забоев горных выработок выпол-
няется с перекрытием смежных снимков, чтобы получить непрерывное
изображение поверхности выработки в заданном масштабе. Соответст-
венно выбирается шаг съемки, который обычно равен 1-1,5-2 м. Фото-
графирование объектов ведется по возможности с полным охватом
ширины и высоты подземных горных выработок [15]. Во всех случаях
необходимо иметь рулетки с масштабными метками. Фотографи-
руемые поверхности предварительно очищаются, моются.
Рис. 2.25. Оптическая система фотодокументации [15].
OiO2 оптическая ось фотоаппарата; S отстояние фотоаппарата
от фотографируемой поверхности;/ фокусное расстояние объек-
тива; Р плоскость снимка; Т фотографируемая поверхность.
До настоящего времени при фотографировании горных выработок
применялись зеркальные аппараты типа «Зоркий» с объективами
« уссар» (МР-2) и «Спутник-4» (фокусное расстояние 20 мм, угол ИЗО-
ражения 92-95 ). Сейчас широко используются цифровые камеры,
ладающие многими преимуществами. Между тем общие принципы
в 'люТ В жГ* условиях остаются теми же. Как пишет М. Милчев [191-
это огтги ^ЮТОа|1па1зате можно условно выделить три части. Первая
бражения^^ система (объектив и затвор), вторая регистратор изо
ретья часть служит для хранения отснятых кадров. В иле
34
„ний ммерс изображение регистрируется и хранится в гшв,„^ „
Ст ивой камере - в электронно-оптическом преобразователе и флеш-
амяти. При съемке в подземных горных выработках следует исполь-
зовать встроенные или внешние лампы-вспышки и по возможности
штативы.
g условиях подземных горных выработок могут применяться
цифровые камеры нескольких фирм, например Pentex, Canon, Olimpic,
Panasonic. Во всех названных камерах имеется жидкокристалллический
дисплей, позволяющий непосредственно видеть результат съемки. В
отличие от пленочных аппаратов отснятые файлы передаются в ком-
пьютер. Печатание снимков осуществляется с помощью принтера.
Сам процесс съемки одинаков для пленочного и цифрового аппа-
ратов. В этом отношении можно пользоваться известными руковод-
ствами, например [15,29].
Съемка подземных горных выработок. При съемке стенок
штрека, штольни, квершлага используют рулетку с метками, которую
протягивают горизонтально по стенке. Съемка проводится с расстоя-
ния 1,5-2 м, шаг съемки чаще всего 1,5 м. Каждый снимок должен
включать три масштабных метки (рис. 2.26).
б
10 м
0 ис- 2 26. Фотосъемка 10-метрового интервала стенки штрека [ 15].
вне м*СбоК5/’ 6 ~ вид сверху. / - стенка штрека; 2 - рулетка с метками; 3 масштаб-
стки, 4 линия съемки, 5 -точки сьемки В -расстояние между точками съемки
Ливану?*1 сьеМке забоев горных выработок на их поверхности устанав-
ся три вертикальные линейки длиной по 10 см (первая по оси
35
„ HU> nnvmx ПО обе стороны от нее). Расстояние между
выработки, две ДРУ,ИА >
пяйними линейками 1,5 2 м.
Съемка кровли выработок (например, штрека при крутом падении
ежи) сходна со съемкой стенок. Разница в том, что аппарат устанав-
давается на подставку, а в кровле ставится масштабная линейка длиной
50 см I15]. .
На основе полученных снимков составляют фотопланы и разрезы.
Первые строятся при съемке кровли, вторые при съемке стенки выра-
ботки Их монтируют из нескольких смежных снимков одного масшта-
ба пользуясь зафиксированными на снимках метками (рис. 2.27. а б).
Рис. 2.27. Схема совмещения смежных снимков при
монтировании фотоплана (а) и фогоразреза (б) 115|.
13 расстояние между точками съемки
Из других видов фотодокуменгации горных выработок обратим
внимание на съемку бортов (уступов) карьеров при открытой разра
ботке месторождений. В данном случае использование фотосъемки
позволяет значительно снизить затраты труда и облегчить небезопас-
ную работу геолога на крутых склонах. Сохраняются вес условия
получения снимков заданного масштаба, даюших возможность заме
рятъ по ним мощность залежей, углы их падения. Для достижения пер-
пендикулярности оси аппарата фотографируемой поверхности в таких
условиях приходится высоко поднимать камеру. С зтой целью для
36
-ьемки бортов угольных карьеров А. С. Шустерманом была предло-
жена специальная штанга-штатив высотой ло 8 м [29].
Фотодокументация керна скважин. Керн снимают аккуратно
уложенным в керновые ящики с соответствующими бирками (рис. 2.28).
Его снимают сухим или мокрым, в зависимости от условий достижения
лучшей контрастности [4]. Съемка ведется при дневном свете нередко
с дополнительной подсветкой лампой-вспышкой. Каждый ящик сни-
мается отдельно. В результате можно получить весь разрез скважины
или его интервал, представляющий наибольший интерес.
а
Керн Бирка
Рис. 2.28. Фотодокументания керна.
а - керн, уложенный в ящик; б условия съемки керна.
Геологическое дешифрирование снимков. Это важный и одно-
временно далеко не простой этап фотодокументации. При распознава-
нии на снимках рудных тел, вмещающих пород, условий их залегания
учитываются форма и очертания различных видимых образований,
тона изображений и др. Степень дешифрируемости зависит от качества
снимков, выбора их масштаба, контрастности самих объектов съемки.
Ьолыцую помощь при этом оказывает сопоставление снимков с зари-
совками и описаниями пород и руд на участке фотографирования.
37
2.5. Текстовой материал документации
В предыдущих разделах основное внимание уделялось графиче-
ской стороне первичной геологической документации. Между тем
большую роль играет и описание самих пород и руд. При этом предпо-
лагается, что это описание выполняется по определенному набору При.
знаков. Из имеющихся в методической литературе сведений в данной
области назовем два доступных источника, где в виде большой таб-
лицы дается полный перечень подлежащих учету признаков при опи-
сании различных групп осадочных, магматических и метаморфических
пород [18,23].
Привести целиком в настоящем пособии эти данные не представ-
ляется возможным. В табл. 2.3-2.5 сохранены все называемые в этих
источниках признаки, но только для наиболее распространенных типов
пород трех указанных категорий. Из осадочных выбраны песчаные и
карбонатные породы, из метаморфических - кристаллические сланцы и
гнейсы, из магматических - полнокристаллические порфировидные и
неполнокристаллические (туфы, туфобрекчии).
При описании осадочных обломочных пород полезно пользовать-
ся диаграммой М. М. Васильевского (рис. 2.29), а при визуальной
оценке содержания рудных минералов в аншлифах - схемой С. С. Вах-
рамеева (рис. 2.30).
Таблица 2.3. Основные признаки осадочных пород [18.231
Характеристики Песчаники и пески Известняки, доломиты
Структура Крупность зерен. кол и пе- сню цемента Крупность зерен, наличие оолитов
Степень лтифика- ции 11есцсмептированные и Т. II. Рыхлые, слабые, крепкие и т. п.
Цвет Цвет породы, распределение различных цветов или оттенков (пят нист ые и т.п.)
Состав Раздельно для обломочных частиц и цемента. Для це- мента кремнистость, извест- ковистость Наличие песчаного и гли- нистого материала, бигу" мов, железно! ость, крем- нистость и г. п.
Мор<[юлогия зерен — Степень окатанное ! и раз- дельно для частиц различ- ной крупности Степень кристалличности зерен
38
Характеристики _ Тек* тура Песчаники и пески _ Иавсстняки.^н» -1ю, Стилолитовые швы и т. п.
Слоистость (1 ин, мощность, ориентировка)
Включения Состав, форма и размеры, cooi ношения а, слоистое ориеш правка в пространстве
|11ктгспе1ическая вкрапленность Состав и форма вкраплении, соотношение со слоисто- стью, взаимное расположение
Прожилки Состав, морфоло! ия. элементы залегания, соотношение со слоистостью, микроскладками, кливажом и дру| ими структурными элементами, приуроченность к системам трещин, соот ношение друг с другом
Opi эпические остатки Наличие, сохранность, расположение по отношению к слоистой и, конкрециям и г. п.
Конкреции и секреции Состав, размер, форма, соотношение со слоисто?! ью и друг с другом
Контакгы геологиче- ских тел Характер контактов пластов (резкий, постепенный и т. п.), изменение характеристик пород близ контактов, соотношение контакт а со слоистостью
Прочие характери- стики Барельефные знаки, тексту- ры оползания, наличие га- лек и г. п. Доломитизация (для из- вестняков)
Габлш/а 2.4. Основные признаки метаморфических пород [18, 23]
Характеристики Структура Кристаллические ГнеДсы сланцы Крупность и соотношение зерен, наличие порфиро- бластов _
Цвет Состав Общий цвет породы и распределение различных цветов и опенков (пятнистость и г. п.) _ Минеральный состав, норфиробласты
2^орфоло1 ия зерен IcKcrypa Форма зерен основной массы и порфиробластов Степень сланцеватости, полосчатости и других линей- ных и плоскостных текстур, ориентировка зерен, нали- чие реликтовых текстурных признаков (шлиры, слои- стость и т. и.) и их cooi ношение с мстаморфогеппыми 1скс гурами —
ТО
Окончание табл. 2.4
Характеристики Кристаллические сланцы Г нейсы
Включения Состав, форма, размеры, взаимное расположение вклю- чений, наличие зональных включений, их строение и состав но зонам, изменение пород около включений, расположение включении по отношению к текстурным элементам породы
Ностгенетичсская вкрапленность Состав, форма, размеры, взаимное расположение и ко- личество вкрапленников, соотношение с текстурными элементами породы и трещинами
Прожилки Состав, форма, мощность, протяженность по падению и простиранию (если видно), приуроченность к системам трещин, элементы залегания, соотношение с текстур- ными мементами породы, складками и контактами геоло) ических тел, взаимоотношение между прожилка- ми разных систем
Контакты геологиче- ских тел Тип, характер (резкий, постепенный и т. п.), форма кон- тактов, соотношение с вмещающими породами и тек- стурными элементами тел (и особо реликтовыми эле- ментами), пространственная ориентировка контакта, изменение порол на контакте, изменение вмещающих пород
Прочие признаки Соотношение сланцевато- сти. кливажа и слоистости Соотношение гнейсовнд- ности, сланцеватости и кливажа
Таблица 2.5. Основные признаки магматических пород [18, 23]
Характеристики 11олнокристаллические порфировидныс Неполнокрисгаллические (туфы, туфобрекчии)
Структура 11орфирОВИДНОСТЬ, круп- ное! ь зерен основной массы и вкрапленников Крупность зерен и облом- ков, наличие и количешво цементирующей массы
Степень литифика- ции } [сцементированные, рых- лые и т. ц.
Идет Оопшй цвет породы, распределение различных цветов или оттенков (пятнистость и т п.)
Минеральный состав раз- дельно для основной массы и вкраплениико в Раздельно для обломков и немец id, примесь терри- генных частиц
40
Характеристики 11олнокристаллическис порфировидные р— Неполнокрисч ,.а, ОУфылуфо^оек ши)
Мифология зерен Степень кристалличности зерен раздельно для основ- ной массы и вкрапленников, в случае зонального строе- ния тела - по каждой зоне Форма зерен и их окатан- ность
Текстура Зональность тел, располо- жение участков различной зернистости и состава, ли- нейные и плоскост ные тек- стуры. ориент ировка этих элементов но отношению к контактам геоло! ических тел. Расположение и ориен- тировка вкрапленников Распределение и взаимное расположение обломков. Слоистость и другие оса- дочные текстуры
Включения Состав, форма, размеры, взаимное расположение, ориен- тировка в пространстве и относительно линейных и пло- скостных текстур. Наличие, характер и зональность из- менения пород вблизи включения
Постгенетическая вкрапленность Состав, форма, размеры, взаимное расположение ново- образований, их соотношение с линейными и плоскост- ными текстурными элементами. Для зональных образо- ваний строение и состав по зонам
Прожилки __ Состав, морфология, мощность, протяженность по паде- нию и простиранию (если видно), элементы залегания, соотношение с линейными и плоскостными текстурными элементами и контактами геологических тел, приуро- ченность к системам трещин, взаимоотношение между системами
Контакты геоло- Ичсских тел Тин, характер и форма контактов, их соотношение с вмещающими породами и текстурными элементами по- роды, пространственная ориентировка контакта, измене- ние породы на контакте, изменение вмещающих пород
Прочие признаки 11остинтрузивные дислока- ции и связанные с ними ipe- циновагость, катаклаз. Для лайковых тел - приурочен- ность к системам трещин, соотношение с разрывами и складками Карельефпые признаки, текстуры оползания, карбо- нагпость, железистость, окремнение, органические >сгатки
41
Рис. 2.29. Таблица-диаграмма М. М. Васильевского для полевого определения
размеров обломочных частиц.
I 5 песок' I тонкозернистый (или алеврит), 2 — мелкозернистый, 3 среднезерни-
стый, 4 - крупнозернистый, 5 грубозернистый; 6-8 — гравий, б — мелкий, 7 средний,
8 - крупный В скобках указан диаметр частиц (в мм).
42
Рис. 2.30. Схема количественной оценки содержания рудных минералов
в полированных шлифах но С. А. Вахромееву.
3.1. Основные параметры, способы определения
Замеры элементов залегания и мощности рудных тел и имен <ы<
щих пород непременная составная часть первичной документации
поисково-разведочных выработок. Применительно к твердым полез-
ным ископаемым основными характеристиками, определяющими про-
странственное положение залежей, являются: направление простира-
ния, углы и азимуты падения, мощность. Напомним схему соотно-
шения названных параметров на примере фрагмента наклонного пла-
стового тела (рис. 3.1) и обратим внимание на ряд комментариев к ней.
Рис. 3.1. Элементы залегания пластовой залежи.
а обидой вид; б проекция плоскости падения в плане; в разрез в
плоскости падения. Р плоскость кровли пласта; О горизонтальная
плоскость, пересекающая поверхность кровли пласта; АВ линия про
стирания; AD линия падения, а истинный угол падения; В азиму г
падения. /и. вертикальная мощность; нормальная мощность, /я.
горизонтальная мощное! ь
♦4
Из аналитической геометрии следует, что след пересечения ,.,р,
зонтальной плоскостью наклонной плоскости (в данном случае кроной
пласта) есть линия горизонтальная, отвечающая линии простирания
Мй на рис. 3.1). Очевидно, что угол падения пласта вдоль этой линии
равен нулю. В общем случае линия простирания, следуя структуре
объекта, является кривой линией и лишь на небольшом протяжении
может рассматриваться в качестве прямой. По существу линия прости-
рания есть не что иное, как изогипса пласта (см. гл. 5).
Линия истинного падения залежи (AD) располагается в плоскости,
перпендикулярной к простиранию (0, а угол между этой линией и ее
горизонтальной проекцией является истинным углом падения а
Понятно, что может быть много углов видимого падения. От вели-
чины, равной нулю (в направлении простирания), углы постепенно
возрастают по мере приближения к плоскости падения, достигают мак-
симума (истинного значения угла а) и далее уменьшаются до нуля.
Теперь обратимся к мощности залежей полезных ископаемых или
каких-либо слоев или горизонтов (см. рис. 3.1). Обычно используют
три вида мощности: нормальную или истинную (тк), вертикальную
(гив) и горизонтальную (гпг). Нормальная мощность представляет собой
расстояние между кровлей и подошвой (почвой) пласта по нормали.
Соответственно она располагается в плоскости падения (0. Горизон-
тальная мощность, как правило, замеряется строго в плоскости паде-
ния. Будучи зафиксированной по другим сечениям (т,'), она тем боль-
ше будет отличаться от тг, чем больше угол между направлением па-
дения и направлением, в котором эта мощность определена.
Вертикальная мощность замеряется по вертикали и остается по-
стоянной в любом сечении, что следует всегда иметь в виду.
Между значениями угла истинного падения и тремя указанными
видами мощности существуют простые соотношения:
т„ тв cos а, (3.1)
т„ тТ sin а. (3-2)
Мощность, замеряемую в горной выработке или скважине в про-
извольном направлении, называют видимой, замеренной или мощно-
стью по скважине (т„„„ т т )
лавные элементы залегания тел полезных ископаемых - углы и
азимуты падения замеряются в горных выработках во многих случаях
непосредст венно с помощью горного компаса. Как известно из практи-
еских занятий по курсу общей геологии, предварительно на забое или
45
выработки вырубается или очищается ровная площадка, о.,е_
"ающая плоскости напластования. Если поверхность неровная, на нее
"акладывают дощечку. Компас устанавливают в вертикальное положе-
ние на длинное ребро. При этом буква N (север) на лимбе компаса
должна быть направлена в сторону падения залежи. Поворачивая
в таком положении компас, добиваются по отвесу максимального
отсчета угла падения, что соответствует его истинному значению.
В этом случае длинное ребро компаса определяет положение линии
падения. Иногда ее отмечают мелом. Затем компас приводят в гори-
зонтальное положение (не смещаясь относительно линии падения), и
по северному концу стрелки находят величину азимута падения. В
дальнейшем при необходимости магнитный азимут может быть пере-
веден в дирекционный угол с учетом магнитного склонения.
Более точно элементы залегания тел полезных ископаемых в гор-
ных выработках могут быть измерены подвесной буссолью и полукру-
гом с отвесом. Описание этих инструментов и приемы использования
можно найти в учебниках горной геометрии [27, 30].
При замерах углов падения не следует путать следы напласто-
вания с поверхностями отдельности (кливажа), некоторые виды кото-
рых не совпадают со слоистостью и нередко отчетливо проявлены
(например, некоторые метаморфические шиферные сланцы).
Непосредственное определение истинных углов падения и нор-
мальной мощности удается не во всех случаях. В подобных условиях
прибегают к косвенным способам определения параметров залегания.
Для этого в горных выработках замеряют доступные наблюдению
видимые углы и азимуты падения, видимые мощности, от которых
путем несложных графических построений или расчетов приходят к
нужным результатам. Это относится и к буровым скважинам.
В целом непосредственные и косвенные определения элементов
залегания и мощности лепте осуществляются и лучше воспринимаются
применительно к залежам пластовой формы, с более или менее выра-
женными следами напластования. Для тел более сложной формы
(штокверки, гнезда и т. п.) речь может идти об условиях залегания
поверхности раздела рудной залежи с вмещающими породами.
3.2. Горные выработки
Канавы. Обратимся к примеру канавы, ориентированной строго
са^оа прости₽ания (рис. 3.2, а, б). В этом случае непосредственно в
м канаве или по ее развертке замеряются истинный угол и азимут
46
Пй киия. нормальная или горизонтальная мощности. При от*... »<ыи
канавы от направления вкрест простирания возможны разные вари
анты определения искомых параметров (рис. 3.2, в, г). Небольшое
отклонение (угол й до 10-15°) практически не сказывается на резуль-
татах. Замеренные в этих условиях углы падения и мощности можно
рассматривать в качестве истинных величии. При более выраженном
отклонении замеряемые углы и мощности будут отличаться от них По
возможности следует пытаться определить истинные угол падения и
горизонтальную мощность непосредственно по стенке и забою канавы
с помощью компаса и рулетки. Для этого надо вырубить и очистить
площадку на поверхности залежи или какого-либо слоя поповы Что
касается величины истинной мощности, то, зная угол отклонения
Рис. 3.2. Условия прямого определения элементов залегания и
мощности залежей в канавах.
и, б канава, ориентированная вкрест простирания порол (план и раз-
вертка), в, г канава, ориентированная под уиюм к направлению паде-
ния порол (план и развертка); замеренная мощность, ок»» заме-
ренный уюл патення; 6 угол между направлением канавы и направ-
лением падения пород 1 рудное тело; 2 - покровные отложения.
3 породы висячего бока (кровли); 4 породы лежачего блока (почвы)
4
4 Вс
V v v V V
тй XJa
+ +
+ +
+ + + +4
Рис. 3.3. Варианты соотношения условий залегания рудного тела
с ориентировкой смежных стенок шурфа (общий вид и развертка).
а горизонтально зале1ающее рудное тело, б наклонное пластовое
тело, плоскость падения совпадает с одной из стенок шурфа; в наклон-
ное пластовое тело, произвольно ориентированное относительно стенок
шурфа- АВ, ВС смежные стенки шурфа; а истинный угол падения,
видимые у!Лы падения. Опальные обозначения см рис 1 2
А ВС
ев можно найти по замеренным видимым значениям угла падения и
горизонтальной мощности по выражению
т„ = mr' sin cl cos 6. q
Кстати, из него видно, в каких случаях нужна или не нужна поправка
на угол отклонения 5. Когда этот угол равен нулю, его косинус отве-
чает единице, при величине в 10° 0,98, т. е. практически достаточно
близок к единице.
Шурфы прямоугольного сечения. Вновь напомним, что всегда
следует пытаться установить элементы залегания и мощность рудных
залежей непосредственно по стенкам выработки. В иных ситуациях
прибегают к косвенным приемам определения нужных показателей по
материалам зарисовок или по разверткам.
Обратим внимание на три варианта ориентировки стенок шурфа
относительно условий залегания пластового тела (рис. 3.3). Первый из
них очевиден и комментариев не требует.
Второй вариант отражает редкий случай встречи шурфом наклон-
ной залежи. При этом одна из стенок (АВ) ориентирована по простира-
нию, а смежная стенка (ВС) - в плоскости падения. По стенке ВС мож-
но замерить истинный угол падения, а его азимут будет отвечать ази-
муту стенки шурфа в направлении от В к С. Нормальная мощность за-
меряется по стенке ВС по перпендикуляру между кровлей и почвой
залежи. Если легче замерить вертикальную или горизонтальную мощ-
ность, то нормальную мощность находят по формулам (3.1) и (3.2).
Заметим, что на стенке АВ перпендикуляр между линиями кровли и
почвы залежи не есть нормальная мощность, это только вертикальная
мощносгь (тв).
Гораздо чаще геолог сталкивается на практике с общим случаем,
отвечающим третьему варианту, когда ни одна из смежных стенок не
ориентирована ни по простиранию, ни по падению. Соответственно на
стенках фиксируются неодинаковые видимые углы падения, а перпен-
дикуляры между кровлей и почвой залежей не являются их нормаль-
ной мощностью. Одинакова лишь вертикальная мощность.
При затруднениях с непосредственным определением в шурфе ис-
тинного угла падения и его азимута можно использовать косвенный
графический способ с помощью развертки (рис. 3.4), который при ак-
куратном выполнении и соблюдении масштабов всех изображений
49
Рис. 3.4. Определение элементов залегания рудного тела по
развертке шурфа прямоугольного сечения.
и - вид шурфа в плане; б развертка шурфа на две смежные стснкн
ЛВ и ВС\ в разрез в плоскости падения залежи: R проекция гори-
юшальной плоское। и, пересекающей на развер!ке рудное тело.
Остальные пояснения в тексте.
ает вполне приемлемые по точности результаты. Последоватслоно.л ь
решения задачи следующая.
I Кровля или почва исследуемого пластового тела пересекается
на развертке горизонтальной плоскостью, которая изображается в дан-
ном случае в виде линии (R). След пересечения такой плоскости с руд-
ным телом на развертке отвечает точкам 1 и 2.
2. Находим положение этих точек на плане путем переноса рас-
стояний р и f на план. Соединяем на плане точки 1, 2 и получаем
положение в пространстве линии простирания залежи.
3. Любой перпендикуляр к линии простирания на плане отвечает
проекции линии истинного падения рудного тела, поскольку она нахо-
дится в плоскости падения. Для простоты решения задачи проще про-
вести этот перпендикуляр через точку 3, которая совпадает на плане с
точкой В.
4. Определяем направление падения залежи. Легко заметить, что
если по стенке АВ тело падает в направлении от С к Л, а по стенке ВС
от В к С, то линия падения рудного тела будет направлена в нашем
примере на юго-запад. Соответственно находим азимут падения.
5. Остается найти угол истинного падения. Поскольку он лежит в
плоскости падения, то графически его можно установить, построив в
том же масштабе разрез в этой плоскости через точки 4 и 3 (см.
рис. 3.4, в). Такой разрез делать не обязательно. Его можно построить
прямо на плане, что и выполняется при достаточном навыке. В данном
случае в учебных целях разрез показан отдельно.
6. Нормальную мощность рудного тела определяем по формуле
(3.1). Практически, учитывая природную неоднородность мощности
залежи, лучше использовать среднее значение вертикальной мощности
по обеим стенкам.
Подземные горные выработки. Речь идет о горизонтальных
выработках, идущих вкрест простирания (квершлаг, орт, некоторые
штольни), по простиранию (штрек, часть штолен) и наклонных выра-
ботках, ориентированных в плоскости падения рудных залежей (уклон,
восстающий).
Обратимся прежде к квершлагу (рис. 3.5). Элементы залегания
РУдного тела замеряются обычно без особых усилий непосредственно с
помощью горного компаса или подвесных инструментов. Поскольку
это горизонтальная выработка, то линия, отделяющая почву или
кровлю тела от вмещающих пород, является линией простирания, а
еРнендикудярное к ней направление фиксирует положение плоскости
Рис. 3.5. Условия определения элементов залегания и мощности
рудных залежей в квершла! ах и оргах.
а - общий вид; б - ориентация выработки в плане (строго в плоскости паде-
ния и под хгпом к нему); в разрез выработки, идущей вкрест простирания;
т г' горизонтальная мощность. замеренная в квершлаге, отклонившемся ст
направления вкрест простирания пород. Остальные обозначения см. рис. 3 2.
падения. В этом смысле не имеет значения, идет ли квершлаг строго
вкрест простирания или отклоняется от него. Замеренную горизон-
(32)41^Ю М°1ЦНОСТЬ можно перевести в нормальную по выражению
В общем же случае, при ориентировке квершлага вкрест прости-
рания пород, истинный угол падения, нормальную и (или) горизон-
тальную мощности замеряют прямо по стенке выработки или на гра-
фи теских материалах документации. При отклонении от направления
вкресг простирания на угол 6 до 10 15е этим можно пренебречь. При
ольших величинах этого угла, как и в случае с канавами, при расчете
ормальной мощности делается поправка на косинус угла отклонения
по формуле (3.3).
пытануПе',Ь РассмотРим штрек (рис. 3.6). И в данном случае вначале
соелстаСЯ замеРять элементы залегания и мощность рудных тел непо-
вий запеНН° В сам°й выработке. Основное значение при замерах усло-
по поостипИЯ ПРидае1ся забою выработки. Так, забой штрека, идущего
ранию, ориентирован в плоскости падения. Соответственно
52
Рис. 3.6. Условия определения элементов залегания и мощности
рудного тела в ил реке.
а общий вил при пошлом и крутом залегании; б забои штрека ориен-
гировагигый в плоскости падения; в разрез иологопацаюшей залежи
по стейке шгрека Остальные о(«оз|илсния см. рис. 1 2
на забое выработки или на его зарисовках (фотоснимках) замеряют
угол и азимут падения, нормальную, вертикальную или горизонталь-
ную мощности. По стенкам штрека при пологом залегании рудного
•ела замеряемые мощности близки к вертикальной или нормальной.
При крутом залегании в кровле выработки фиксируются мощности,
близкие горизонтальной или нормальной.
В наклонных выработках, идущих по рудному телу и ориентиро-
ванных обычно в плоскости падения, замеры элементов залегания
сходны с документацией стенок квершлага. Как уже говорилось ранее,
выполнение этих операций непосредственно в самих выработках, осо-
енно при кру том падении пород, связано с рядом трудностей и тре-
ует соблюдения правил безопасности.
Общее решение задачи. При затруднениях с прямыми замерами
цементов залегания рудных тел в самих горных выработках можно
|30Ъ,ОВа1ЬСИ ,,Рс-цлагасмь,м в курсах горной геометрии (например,
общим приемом косвенного графического определения требуемых
53
Рис. 3.7. Варианты условий kocbciihoi о определения элементов залегания
тел полезных ископаемых в подземных горных выработках.
а шурф (ствол шахты) прямоугольного сечения; б шурф (ствол шахты) круг-
лою сечения; в квершлаз наклонная выработка; ОА. ОБ выбранные
направления замеров видимых углов и азимутов падения залежи.
параметров (рис. 3.7). Во всех показанных на рисунке типах горных
выра оток последовательность решения задачи одинакова.
- В выработке, на кровле или почве пластовой залежи выбирается
начальная точка О. От нее в двух направлениях (ОА и О В) протягива-
ется два шнура. Поскольку задача решается графически, нежелательно
рать слишком малый угол между выбранными направлениями.
направ амеРяются эпементы «залегания» зафиксированных шнурами
</5,,,,. Е 'еНИ ' а*’ & И ft-По стенкам выработок замеряется верти-
кальная или горизонтальная мощность.
4
- Дала,- в камеральных условиях берется лист миллима
(у маги. На нем намечается точка О, чепе., котп™™ „ имегр,,*. „
нитный меридиан (рис. 3.8). От точки О отоаХ^™
ления (Л и В) по их замеренным азимутам (ft, и ft) Д а HanPdB-
Рис. 3.8. Общий способ косвенного определения элементов
залегания рудного тела в подземных горных выработках.
«I. Ой, ft, 0г - видимые углы и азимуты падения, замеренные по двум
направлениям (0/1. OB); a. fi истинный угол и азимут паления
Объяснение в тексте.
4. С центром в точке О проводится вспомогательная окружность
произвольного радиуса. К каждому из зафиксированных направлений
восстанавливаются перпендикуляры до пересечения с окружностью.
Можно было и не проводить окружност ь, а откладывать перпендику-
ляры равной длины. Кстати, рассматриваемый способ нередко назы-
вают способом окружности или двух шнуров.
5. На концах построенных радиусов под углами 90 - а, и 90 - а?
откладываются отрезки до пересечения с направлениями А и В. Через
точки пересечения проводится линия CD, отвечающая линии прости-
рания рудного тела.
6. Из точки О проводим прямую, перпендикулярную линии про-
страция. Получаем проекцию линии истинного падения залежи (OR).
Коль скоро по первому направлению тело падает от О к Я, а по вто-
рому направлению - от О к В, то и истинное падение направлено по
линии OR. Соответственно замеряем азимут ft
55
находим угол истинного падения. Ятя эти о из т<н» и .)
“П‘ паем перпендикуляр до пересечения с окружное г ью (и..,
^ее соединяем точку Е с точкой F, лежащей на линии прости-
Ы,Ния Получаем прямоугольный треугольник OEF, в котором угм
zjcr равен истинному углу а.
° 8 Нормальную мощность находим по формуле (3.1).
Как видно такая задача сводится к разложению трех прямоуголь-
ных треугольников на плоскость, что и дает возможность найти тре-
буемый результат. Можно заметить и то, что показанный ранее прием
определения элементов залегания по развертке шурфа прямоугольного
сечения является частным случаем данного общего решения.
Дополнительные элементы залегания. При определении про-
странственной ориентировки большинства залежей полезных ископае-
мых вполне достаточно рассмотренных выше элементов - простира-
ния, угла падения и его азимута. К числу более редких следует отнести
условия залегания залежей жильного типа, которые с глубиной (вниз
по падению) смещаются в сторону. В этом случае линия падения
постепенно выходит за пределы контуров рудного тела, смещаясь во
вмещающие породы, и не совпадает с осью тела. Соответственно раз-
личаются углы и азимуты этих направлений (рис. 3.9).
Рис. 3.9. Элементы залегания
крутопадающей жилы, которая
с глубиной смешается в сто-
рону от линии падения.
а угол падения, со yi ол паления
зеи тела, g угол между линией
падения и осью тела
Используются дополнительные элементы • алеиьния-
... 1М/т падения (X) оси рудного тела и, кроме юго угол м^Г" <W* "
•ела и линией его падения (д). Понятно, что во всех остальны*?
ЭТИ углы являются лишними, поскольку тогда д = О W - а. * ''луч“Ях
Укажем на крайний (идеальный) пример наклонною трубооП™
кого тела, у которого нет простирания (сечение kdvh м нуоооораз-
ются угол и азимут падения оси тела (и и X). У я ля'
3.3. Буровые скважины
Вертикальная скважина. Рассмотрим прежде всего вариант пе-
ресечения отдельной вертикальной скважиной горизонтально зале-
гающего пласта (рис. 3.10). В этом простом случае сечение керна пред-
ставляет собой круг, а мощность пласта по скважине равна вертикаль-
ной и нормальной мощности (?искв = те = ти).
а
Рис. 3.10. Определение углов падения и мошногти рудных те •
горизонтально и наклонно в вертикальной скв * вид столбика
а положение рудного гена в скважине; б - форма семени 1|f) к£рну угол
керна. определение угла падения пород по керну.« падения а
падения, равный в вертикальной скважине ИС1И У У
rmu наклонном залегании пластового тела сечение керна оЬроуе,
Па керне по следам напластования с помощью компаса замеря-
' vroa видимого падения залежи по керну - о!. Способ его замера
етС у нять из рис. 3.10, г. Керн устанавливается в вертикальное
легко понятКомпас ставится на длинное ребро в направлении длин-
ного эллипса сечения керна, угол определяется по отвесу.
В вертикальной скважине угол падения пород по керну равен
истинному углу падения, так как длинная ось эллипса как раз совпа-
дает с линией падения тела (с/ = а). Истинную мощность залежи опре-
деляем по формуле (3.1).
Что касается азимута падения, то по одной вертикальной сква-
жине без использования специальных приемов, его определить невоз-
можно. Дело в том, что керн, будучи оторванным от забоя скважины,
теряет первоначальную ориентировку.
Скважина, наклонная в плоскости падения. В практике развед-
ки месторождений крутопадающих залежей нередко используются
наклонные скважины, ориентированные в плоскости падения с задан-
ным зенитным углом. Обычно они задаются вверх по восстанию тел.
На рис. 3.11 в сравнительных целях показаны следующие вари-
анты: 1) вертикальная скважина; 2) наклонная скважина, пересекающая
пластовое тело по нормали; 3) общий рассматриваемый вариант. В
а=Т-а'
~ mBcos а
ти = тскь cos а'
3.11. Соотношения
а о
а =Г!
(Г
К -0
aW)
элементов залега-
в пери-жальной (/)
(2, 3), ориеширо-
Рис.
пня и мощности залежей
и наклонных скважинах
ванных в плоскости падения порол
Объяснение в гекс it.
данном случае известны: зенитный угол, угол падения Пи керну
Myi падения (поскольку плоскость наклона скважины задана по этом ,
направлению), видимая мощность тела по скважине тсы. Истинный
угол находится по разности а у ol, нормальная мощность замеря-
ется прямо на разрезе или определяется по формулам (3.1) и (3.2).
Задача о трех вертикальных скважинах. По многим учебникам
и руководствам давно известен способ нахождения элементов залега-
ния рудного тела (угла и азимута падения) по трем вертикальным
скважинам. Он основан на выводах из аналитической геометрии о том,
что положение произвольно ориентированной в пространстве плос-
кости определяется тремя точками, принадлежащими этой плоскости и
не лежащими на одной прямой. Последовательность графического
решения задачи следующая:
1) по имеющимся координатам (х, у, z) на карту или план нано-
сится положение устьев скважин (рис. 3.12, а). В ряде случаев положе-
ние скважин на карте уже известно;
2) по каждой из скважин определяются высотные отметки точек
встречи рудного тела (пример показан на рис. 3.12, б). При ровном
рельефе поверхности можно пользоваться непосредственно глубинами
встречи залежи по скважинам;
3) далее решение задачи рассматривается на конкретном примере
(рис. 3.12, в). По линии скважин 1 и 2, между крайними отметками 80 и
40 м путем интерполяции находим точку с отметкой 60 м, равную
отметке по скв. 3. Соединив точки равного гипсометрического уровня,
получаем линию простирания. Перпендикулярная ей линия отвечает на
карте проекции линии падения, которая в данном примере направлена
на северо-восток. Для нахождения истинного угла падения строим
разрез (в том же масштабе) по линии 2-1 (рис. 3.12, г). Истинную мощ-
ность определяем по формуле (3.1), предварительно усреднив вели-
чины вертикальной мощности по трем скважинам.
При искривлении скважин задача решается в принципе аналогич-
но, но осложняется пядом предварительных операций. Точки встречи
залежи не проектируются в данном случае в точки устьев скважин
(рис. 3.13, а). Поэтому предварительно проводят инклинометрию сква-
жин и затем находят координаты точек встречи залежи (см. рис. 2.15 и
-17). Сама задача решается, таким образом, относительно этих трех
точек. Координаты указанных точек встречи рудного тела могут быть
также определены аналитически по приведенной выше группе трех
Формул (2.2).
Рис. 3.12. Решение задачи по определению элементов залегания
пластовой залежи по трем вертикальным скважинам.
а положение устьев скважин на плане; б примеры определения высот-
ных отметок точек подсечения кровли (или почвы) залежи; в - пример на-
хождения линий простирания и падения, азимута падения; г разрез в
масштабе карты, но которому находится истинный угол падения залежи;
q расстояние в плане между точками 1 и 2, лежащими на линии падения;
h расстояние но высоте между горизонтами точек 1 и 2. У устья каждой
скважины показаны: в числителе ее номер, в знаменателе - абсолютная
отметка точки подсечения рудного тела (м)
Укажем еще на один вариант решения той же задачи, который
отвечает условиям бурения трех наклонных стволов скважин из одной
то 1ки на поверхности (куст скважин) (рис. 3.13, б). Здесь также требу-
ется найти проекции точек встречи залежи на плане и их высотные
отметки. Для этого по каждой из скважин строится разрез в плоскости
клона и показывается положение точки вщречи рудного тела, опре-
деляются ее глубина от поверхности и высотная отметка. По нзвест-
м азимутам на карте наносятся направления, по которым бурились
'О
Рис. 3.13. Варианты условий решения задачи о трех
скважинах.
а три искривленные скважины; б - куст из трех наклон-
ных скважин, пройденных по разным направлениям из
одной точки на поверхности, /, 2, 3 проекции точек
подсечения залежи; ф>, ф>, ф\ азимуты направления
искривления (а) и направлений наклона (o' скважин.
Нахождение на поверхности проекции точек подсечения
залежи см рис 2.15
скважины. На них отмечаются проекции точек встречи залежи. Далее
решение задачи проводится аналогично рассмотренному ранее.
С геологических позиций к задаче о трех скважинах есть одно су-
щественное замечание. Как можно было видеть, в данном случае опре-
деляются средние элементы залегания пласта в пределах треугольной
площадки. В условиях спокойного моноклинального залегания пород
это обстоятельство не вызывает особых затруднений. В случае же из-
менчивых по условиям залегания рудных тел получаемые результаты
нередко выглядят чрезмерно обобщенными, сглаженными. >то осо-
бенно сказывается при больших размерах указанного треугольника
61
, u на стадии поисков расстояния между скважинами обычно изме
ряются многими сотнями метров. Несколько лучше дело обстоит в
случае с кустом трех, наклонных скважин, где размеры треугольной
площадки заметно меньше.
Элементы залегания в одной скважине. Речь идет о специаль-
ных способах определения углов и азимутов падения залежей в одной
вертикальной и (или) наклонной скважине. В разное время было пред-
ложено несколько конструкций так называемых керноскопов, с по-
мощью которых керн помечается на забое (царапины, лунки) и одно-
временно фиксируется несколько углов. После этого оторванный от
забоя керн извлекается на поверхность и устанавливается в исходное
положение, которое он занимал до этого. В такой позиции поднятый
кусок керна представляет собой миниатюрное обнажение, по которому
тем же компасом можно найти искомые углы. Использование таких
приборов на практике оказалось сопряженным с рядом трудностей
(повышенные диаметры скважин, длительность выполнения операций,
небольшая глубина скважин, погрешности замеров). Во всяком случае,
в специальной литературе нет сведений о массовом их применении.
Сравнительно более перспективные приемы связаны с использо-
ванием геофизических приборов - пластовых наклономеров [2, 16].
Опускаемый в скважину наклономер содержит три расположенных по
окружности под углами 120° датчика, с помощью которых получают
три диаграммы микрокаротажа. При наклонном залегании рудных тел
их контакты на диаграммах сдвинуты по высоте. В прибор встроен
также инклинометр. В результате определяются угол и азимут падения
плоскости напластования. Как можно понять, и здесь решается га же
задача о трех точках.
Если в случае трех скважин речь шла об определении усреднен-
ных элементов залегания в границах нередко больших площадок, то в
данных условиях дело сводится к весьма маленькой площадке, соизме-
римой с диаметром скважины. С геологической точки зрения, здесь
также есть слабые стороны. В пределах столь малой площадки можно
замерить локальную аномалию условий залегания, не характерную для
данного рудного тела.
Произвольно ориентированная скважина. В этом случае обра-
тим внимание на условия определения нормальной мощности пласто-
вой залежи в наклонной или искривленной в произвольном на-
правлении скважине (рис. 3.14). В такой ситуации замеряются мощ-
62
Рис. 3.14. Определение мощности пластовой залежи в
наклонной (или искривленной) скважине, заданной в
произвольном направлении.
Р плоскость падения, Q плоскость наклона (искривления)
скважины. Объяснение в тексте.
ность по скважине (mCIIB) и угол падения по керну (а')- Значения истин-
ного угла падения (а) и его азимута (/3) в конкретных условиях непо-
средственно не фиксируются.
На рис. 3.14 показан фрагмент наклонной пластовой залежи. При
этом одна поверхность выреза отвечает плоскости падения, а другая
плоскости наклона или искривления скважины. Отчетливо видно по-
ложение замеренной мощности («гГЫ!) относительно главных парамет-
ров, лежащих в плоскости падения.
Выполнив небольшие дополнительные построения, построив тре-
угольник АСВ, убедимся, что он прямоугольный. Его катет АВ отвечает
нормальной мощности тк, а гипотенуза АС равна замеренной по сква-
жине мощности пласта тсив. Угол С АВ образован осью скважины и
перпендикуляром к плоскости напластования. Это не что иное, как
угол падения пород по керну а. Из треугольника АСВ находим
т„ ~ >Пскв cos а. (3-4)
Заметим, что данная формула похожа на формулу определения
истинной мощности залежи по вертикальной скважине (3.1)
тк me cos а.
63
г. < ..1чн.' пить в том. что в вертикальной скважине а = а.
Выражение (3.4) приводится, в частности, в упоминавшемся учеб-
нике горной геометрии [30] применительно к горным выработкам,
пересекающим угольный пласт в произвольном направлении.
В связи с рассмотрением вопроса об определении нормальной
мощности пластов или горизонтов осадочных пород по данным заме-
ров в произвольных направлениях уместно упомянуть известную с
начала прошлого века и приводимую во многих учебниках структур-
ной геологии формулу П. М. Леонтовского, используемую геологами
при документации естественных обнажений:
тк = тв (sin a cos т sin ц ± cos a sin т), (3.5)
где ти - нормальная мощность; тв замеренная мощность; а- истин-
ный угол падения; т угол склона; ij угол между азимутом простира-
ния пласта и направлением замера видимой мощности. Знак «плюс»
используется при противоположном направлении падения пласта и
склона, знак «минус» - при однонаправленном их наклоне.
Обращает внимание необходимость знания при использовании
формулы (3.5), в частности, углов а и 17, которые, например, в буро-
вых скважинах, а нередко и в горных выработках неизвестны. К тому
же каждый из входящих в формулу углов определяется с некоторой
погрешностью. Поэтому понятна привлекательность приведенной вы-
ше формулы (3.4), в которой для определения нормальной мощности
требуется знать лишь один угол а.
Параметры залегания скоплений нефти и газа. Общая схема
типичной пластовой сводовой залежи нефти и газа и ее основные гео-
метрические характеристики показаны на рис. 3.15. Как видно, пара-
метры залегания отличаются некоторой спецификой. Так, замеряется
высота всей залежи и ее отдельных частей (нефтяной и газовой), фик-
сируются размеры (длина и ширина), положение ВНК и ГНК. наклон
пород, слагающих коллектор. Указанные параметры определяются по
данным документации скважин, в том числе их каротажа, а также на
основе сейсмических методов исследования в формате 2D и 3D.
На рис. 3.16 показано разнообразие морфологии и геометрических
характеристик нефтяных и газовых залежей.
64
Рис. 3J5. Схема строения пластовой сводовой залежи нефти и газа
(по Н. Л_ Еременко, с упрощением).
/ газовая часть залежи; 2 нефтяная часть залежи; 3 - внешний контур
нефтеносности, 4 общая длина залежи; 5 внешний контур газоносности
(газовая шапка); б общая ширина залежи; 7 ширина 1азовой шапки,
# общая высота залежи; 9 высота нефтяной час! и залежи, 10 высота
газовой части залежи; П песчаный коллектор; /2 1липы, ВПК водо-
нефтяной контакт (подошва нефтяной залежи); ГПК |азонефгяной кон-
такт (поверхность газонефтяного раздела).
Рис. 3.16. Типы залежей нефти и газа r разрезе и плане [3].
/ нефп»; 2 изогипсы кровли продуктивного пласта, 3 - разрывные наруше
ния; 4 пески; 5 — гтины; 6 - известняки; 7 выступы фундамента, а е типы
залежей’ а, б пластовые световые, в блоковые, г кольцевые, д зкрани
рованные стратиграфическим несо> ласием, е лигологически экранированные
1алсг 3аКЛ,очеиие главы отметим, что вопросы определения элементов
залежеи полезных ископаемых на стадии разведки место-
гипсометг Решаюгся во многих случаях проще и намного полнее на
рических картах (планах), о которых пойдет речь далее Bit?
Глава 4. Отбор проб
4.1. Общие сведения
Значение, виды опробования. В задачу опробования входит изу-
чение качества полезных ископаемых, в том числе выявление особен-
ностей распределения природных типов руд в пределах месторожде-
ний, определение содержания в рудах полезных и вредных компонен-
тов. Данные опробования лежат в основе промышленной оценки и
подсчета запасов месторождений.
К числу основных массовых видов относятся химическое и мине-
ралогическое опробование. Под химическим опробованием понимают
прежде всего изучение химического состава руд, хотя во многих слу-
чаях удается выяснить при этом и их минералогический состав. Не
следует считать, что речь идет только о традиционных химических
анализах. Кроме них используется широкий комплекс методов (спек-
тральный, хроматографический, ядерно-геофизический, микрозон-
довый, рентгеновский и др.). Собственно минералогическое опробова-
ние предполагает главным образом выяснение минералогического со-
става руд. Получаемые при этом данные нередко позволяют устано-
вить и химический состав руд.
К специальным видам относятся техническое и технологическое
опробование. Первое служит для анализа физических, физико-меха-
нических свойств пород и руд (плотность, пористость, проницаемость,
крепость), а в ряде случаев при изучении, например, месторождений
строительных материалов формы и размеров блоков облицовочного
камня, его трещиноватости, эстетических характеристик. Второе ис-
пользуется в целях выяснения технологических свойств полезных ис-
копаемых (обогатимость руд, их плавкость и условия переработки,
коксуемость углей и др.).
Данный раздел пособия не рассчитан на изложение всех вопросов
113 области опробования месторождений полезных ископаемых. Здесь
приводятся лишь необходимые сведения об основных характеристиках
проб, условиях и способах их отбора, как составной части первичной
1 документации горных выработок и буровых скважин. За
информацией по всем вопросам опробования следуе!
руководствам и пособиям (например, [1, 10, 25, 321).
Ма По,,ЯТИе пробы (замера). Под пробой понимают порцию рудною
Риала, отбираемого по определенным правилам из залежи полег
О’
более полной
обращаться к
, ,го ископаемого в ее естественном залегании (в горной выработке) а
также из керна или шлама буровой скважины, из добытой рудной
массы (штабель, вагон, лента конвейера и др.). При химическом и
чннепалогическом опробовании различают пробы: рядовые, объеди-
ненные, групповые, мономинеральные.
Рядовые пробы отвечают отдельному пересечению или отдельной
точке рудной залежи.
Объединенные пробы отличаются большим объемом и более вы-
сокой представительностью (см. далее). Они составляются из несколь-
ких однотипных рядовых проб при их отборе или после обработки.
Групповые пробы составляют из большого числа (5-10) рядовых и
(или) объединенных проб и отличаются еще более высокой представи-
тельностью. Такие пробы слагаются из дубликатов рядовых или объе-
диненных проб [25].
Мономинеральные пробы относятся к категории специальных. В
них отбираются отдельные рудные или нерудные минералы.
Приведенное выше определение пробы отражает материально вы-
раженную порцию рудного вещества. Между тем уже давно известно
радиометрическое опробование, при котором сами пробы могут не
отбираться, а свойства такого типа руд фиксируются непосредственно
при контакте прибора с объектом. Таким образом, в данном случае
выполняется не отбор пробы, а замер свойства.
С расширением возможностей ядерно-геофизических методов
исследования значительно возросли и условия прямого определения
свойств залежей. В работах Л. И. Четверикова и А. Б. Каждана прямо
указывается на два понятия пробы: материальной порции и замера.
Операции опробования. С учетом сказанного можно говорить о
двух линиях опробования: традиционном (с отбором материальных
проб) и новом - путем осуществления непосредственных замеров
свойств (рис. 4 1).
Традиционная схема хорошо известна и включает три главные
операции: отбор проб, их обработку и собственно исследование,
результатом которого являются данные, например, О содержании
полезных компонентов в руде, зольности углей и др.
Управление беспробного опробования отвечает новейшим спо-
ам, основанным на измерении характеристик естественной или
свойстНН°й Радиоактивности. Оно связано с выполнением замеров
забоях6 ° ПОМО1ЦЬЮ Различного рода датчиков непосредственно и
горных выработок, по стенкам скважин, а также в условиях
68
Рис 4 1 Последовательность основных операций опробования.
Слева традиционная схема с отбором проб; справа схема
опробования без отбора проб.
ранее отобранных проб при изучении добытых рудных ма^С- ^ате
помощью специальной автоматической электронно геофизи тес
аппаратуры осуществляется расчетная операция, которая заменяет,
таким образом, обработку и исследование материальных про . оне^
ный результат в целом сходен: например, та же оценка содержал
полезного компонента (элемента).
Геометрия проб. Каждая отдельная проба представляет собой
локальное наблюдение свойств залежи в некотором ее о ъеме.
объем несоизмеримо мал по сравнению с объемом опрооуе
объекта. Важной особенностью материальных проб является
возобновляемость, замер можно повторять многократно. ГТТ1пе-
Опробование теснейшим образом связано с геологическим1
нием изучаемого объекта, структурой его неоднородности, ан
пией свойств. На примере опробования, пожалуй, наиболее четк Р
являются соотношения характеристик локальности или преры
69
(ений природной изменчивости свойств залежей. пхни« ги
* наблюдений и др. Поэтому именно в отношении проб и замеров в
первую очередь используется понятие их геометрии. К числу призна
ков. отражающих геометрию проб, относятся их размер, форма, ориен-
тировка.
Размер выражается в единицах объема или массы, в случае сильно
вытянутой формы - длиной. Форма пробы отражает геометрические
соотношения элементов ее объема или площади, например между дли-
ной и шириной борозды. Ориентировка пробы отвечает ее расположе-
нию относительно элементов структуры неоднородности и анизотро-
пии свойств опробуемой залежи. Все названные геометрические при-
знаки проб могут заметно влиять на полученные результаты, отражая
зависимость от методики исследования.
Величины объема (массы) проб определяются главным образом
пределами содержания изучаемых параметров качества и степенью
неравномерности оруденения. Чем ниже содержание металла в руде и
выше неравномерность его распределения в руде, тем больше должен
быть объем отбираемых проб. Примерные размеры надежных рядовых
проб, в зависимости от неравномерности распределения полезных
компонентов, показаны в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Надежная масса отбираемых проб [1]
Характеристика руд к Надежная масса проб. кг. при наибольшем диаметре зерен пробы, мм
20 10 5 2.5 1
Равномерные 0,02 8 2 0,5 0,12 0,02
| Неравномерные 1 Весьма 1 неравномерные 0,1 40 10 2,5 0,6 0,1
0.2-0,5 80-200 20-50 5-12 1,2-3 0.2-0.5
1 Крайне 1 неравномерн ыс 0,5-1 200-400 50-100 12-25 3-6 0Л 1
Примечание. А коэффициент неравномерности оруденения
В целом размер отбираемых проб в качестве главного фактора
проявляется главным образом в отношении руд с малыми содержания-
ми полезных компонентов. В остальных случаях прослеживается тен-
денция уменьшения массы рядовых проб.
Особую важность при отборе проб представляет в™ »
их геометрии соотношение формы и размера Дело в Р°" "****'
одинакового объема могут иметь различную форму- Г°М' ЧТ° пробы
(кубическую), в разной степени вытянутую в виде пй И30метРи,'ескую
узкую линейную. В результате оценки оруденения бРЛГ|ЛелепипеДа, и
выми (рис. 4.2). Из приведенных данных видно что im "е°ДИНак°-
формы резко отличаются друг от друга. Одна полностью ' Кубической
ный минерал, другая во вмещающую породу треть . ВХ°Дит в рУд'
тывает и рудное зерно, и пустую породу. Понятно чт ЧаС™ч"° захва’
проб невелика. Вместе с тем равновеликая по объему Цен"°СТЬ такИх
нейная проба содержит как рудные, так и безрудные ДПИнная ли‘
может дать более верные результаты. Стки залежи и
Рис. 4.2. Сравнение проб равного объема, но разной формы [10].
1 минеральные скопления, 2 пробы кубической формы; 3 узкая
линейная проба
Более строгие решения в области соотношентш формыи^3 мера
проб были предложены в 1967 г. Ж. Матероном ио у
отечественных работ [5,10,24,25 и др.]. ия,.ржность
Третий элемент геометрии проб, прямо влияющий ителЬН0
получаемых результатов, относится к их ориентировк позиций
структуры неоднородности и анизотропии свойств _ содержа-
опробования важно отметить, что наибольшая изм н м01ц-
ния рудных компонентов в большинстве случаев фиксируе еч
пости залежей и далее в убывающей степени по паде опиен-
РУлных тел и по простиранию (вытянутости). °™юлаа™овой пласто-
тировка линейных проб по мощности рудных тел пл
образной и жильной форм.
71
Достоверность и представительность проб. По Л. И. Четвери-
кову [32] и А. Б. Каждану [10], достоверность отражает соответствие
содержания полезных компонентов в пробах их содержанию в тех объ-
емах, из которых они отобраны. Мерой такого соответствия являются
технические погрешности отбора, обработки и анализа проб. Схемати-
чески это может быть выражено на графике (рис. 4.3).
Рис. 4.3. Виды технических погрешностей исследования проб.
а случайные гкчрешпости, не выходящие за пределы допустимых
значений; б - случайные почетности, выходящие за пределы допус-
тимых значений; в, г систематические погрешности. С значения
исследуемого параметра; С„ст- действительное значение параметра.
Представительность пробы характеризует соответствие получен-
ных по ней данных некоторому окружающему ее пространству. Ис-
пользуются понятия сферы влияния или ближайшего района. В каждом
конкретном случае размер и форма этой сферы влияния неодинаковы и
зависят от неоднородности свойств залежи, геометрии проб. На прак-
тике при определении размера сферы влияния нередко пользуются
эмпирическим правилом распространением данных пробы па поло-
вину расстояния до соседней пробы. Опыт показывает, чго представи-
тельность отдельных рядовых проб обычно невелика. Лучшей предста-
вительностью обладают объединенные и групповые пробы. Исполь-
зуемый в литературе термин «надежность проб», по мнению Л. И. Чет-
верикова, следует считать дублирующим и считать термином общего
пользования.
Схема разделения способов. Практические приемы опробования
сложились давно. Они основаны на громадном опыте поисков н раз-
ведки месторождений полезных ископаемых и отражают приведенные
выше характеристики геометрии проб. Конкретные способы отбора
пРо разделяются следующим способом:
7э
1) собственно точечный (штуфной),
2) линейные (бороздовый, шпуровой),
3) плоскостные (задирковый, составной точечный),
4) объемный (валовый).
В горных выработках применяются все способы, в скважинах -
линейный, аналог бороздового способа. Почти каждый из перечислен-
ных способов отвечает условиям отбора как материальных проб, так и
осуществлению замеров.
Далее приводится общая характеристика перечисленных способов
опробования. С подробностями операций отбора проб при изучении
отдельных типов полезных ископаемых можно ознакомиться в специ-
альной литературе [1, 11, 12,22,24 и др.].
4.2. Горные выработки
Штуфной способ. Заключается в отборе нескольких типичных
образцов (штуфов) руды в забоях или по стенкам выработок, а также из
рудной массы в отвалах, штабелях (рис. 4.4, а, 6). Размер проб обычно
9x12 см. При сложном строении залежи, наличии визуально различи-
мых типов руд пробы берутся раздельно для каждого из них. Заметим,
что при любом способе опробования горных выработок место отбора
проб .предварительно тщательно очищается, моется. Внизу подклады-
вается чистый брезент или железный лист. Заранее готовятся этикетки
и мешочки для упаковки проб.
Это широко распространенный способ. Он применяется главным
образом для изучения минералогического состава, структуры и тексту-
ры полезных ископаемых, выяснения их физических свойств. Между
тем субъективность выбора точек отбора штуфов очевидна. Предста-
вительность таких проб прямо связана со степенью неравномерности
оруденения. В то же время способ оперативен и не вызывает особых
трудностей при отборе.
Бороздовый способ. Наиболее распространен. Используется при
опробовании прежде всего залежей пластовой, линзовидной, жильной
форм. Однако может использоваться и при изучении рудных тел более
сложного типа. Применяются разные варианты способа: сплошная,
екционная, пунктирная борозда (рис. 4.4, в-д)-
У*1* способа заключается в следующем: в забое или в стенке
тип«°И выработки вырубается или выпиливается узкая борозда, ориен-
ванная в направлении мощности залежи (наибольшая степень
Рис. 4 4. Пробы, отбираемые в горных выработках.
и, б штуфные (точечные) пробы: а - визуально однородная руда, б
различимые типы рул; в б - бороздовые пробы, в сплошная, а секци-
онная, д - пунктирная, е шнуровая проба; ж, з задирковыс пробы
ж обычная, 3 - по всей поверхност и тонкой жилы в габарите выработ-
ки; и - точечная составная проба; к - валовая проба 1, II. III типы руд,
1- 6 номера секционных или пунктирных проб.
74
изменчивости свойств). Практически удобнее располагать борову
вертикально при пологом и горизонтально при крутом залегании
рудного зела. Форма поперечного сечения борозды, как правило, пря-
моугольная. Размеры сечения определяются неравномерностью оруде-
нения, размерами зерен минеральных агрегатов, содержанием полез-
ных компонентов в руде, крепостью и трещиноватостью руд, мощно-
стью залежи. В большинстве случаев в условиях крепких однородных
руд ширина борозды составляет 5-10 см, глубина 2-3 см.
Различия в размерах ширины и глубины борозд регулируются
также выполнением главного условия сохранения выбранного сече-
ния на всем протяжении пробы. Дело в том, что при обычном ручном
отборе проб (зубило, молоток) сохранить сечение борозды в неодина-
ковых по твердости и хрупкости рудах удается с большим трудом. В
пробу попадает часть рудной массы за счет выкрашивания за преде-
лами намеченного контура борозды («вредный объем»). Отсюда слож-
ности и трудности отбора таких проб и возможность появления систе-
матических ошибок.
К настоящему времени созданы и проверены на практике механи-
ческие инструменты, позволяющие в значительной мере обеспечить
заданное сечение борозды. Так, используется обычный пневматиче-
ский отбойный молоток со специальной П-образной коронкой или
пробоотборник с двумя алмазными режущими дисками, которые наме-
чают контур борозды заданной ширины.
Длина бороздовых проб определяется мощностью залежей, слож-
ностью их строения и состава. Именно это обстоятельство связано с
различием вариантов отбора таких проб.
Сплошные бороздовые пробы отбираются у маломощных залежей
простого строения. Более характерны секционные или дифферен-
циальные бороздовые пробы, отвечающие визуально различимым
типам руд иди равным интервалам разреза рудного тела (см. рис 4 4,
6 г) Такне пробы типичны, в частности, для полосчатых или зональ-
ных рудных тел, угольных пластов сложного строения. При >том
отдельно опираются пробы из контактов залежей и, нередко, приле-
гающих частей вмещающих пород. При изучении залежей большой
мощности однородного строения выделяют секции равной длины
'например, 1,2 м).
Вариантом как сплошных, так н секционных проб является пунк-
тирная или точечная борозда (см. рис. 4.4, д). Особенно это относится к
“°Шным рудным телам. В этом случае вдоль намеченной линии отби-
аются кусочки размером 2 5 см через равные интервалы (5-10-20 см).
)ТО повышает производительность отбора проб и на ряде месторожде-
ний показывает хорошую сопоставимость с обычными бороздовыми
пробами. Однако в каждом конкретном случае подобная замена тре-
бует обоснования.
Бороздовый способ не дает надежных результатов при опробова-
нии залежей с весьма и крайне неравномерным оруденением, в част-
ности отдельных месторождений золота, платины и платиноидов, дра-
гоценных камней [10].
Шпуровой способ. Это близкий аналог линейного бороздового
способа опробования. Материалом пробы является измельченный су-
хой или мокрый шлам, получаемый при проходке шпура. В целях оп-
робования шпуры задаются в направлении мощности залежи. Способ
используется при опробовании залежей за контурами стенок горных
выработок, например, в случае мощных рудных тел (см. рис. 4.4, е).
К достоинствам способа следует отнести механизацию процесса,
одновременное измельчение рудной массы, большей частью сохране-
ние постоянного сечения шпура. Однако в случае трещиноватых и не-
однородных по твердости руд постоянство диаметра шпура наруша-
ется, возникают погрешности опробования. Кроме того, сбор выбурен-
ного материала в пробу связан с необходимостью использования ряда
приспособлений (отстойники, пылеуловители). Важно заметить также,
что шпуровые пробы являются сплошными. Применение секционного
варианта затруднено. Можно лишь отбирать отдельные пробы по мере
бурения шпура интервалами, например через 0,5 м.
Задирковый способ. Относится к группе плоскостных или пло-
щадных приемов опробования. Задирковая проба отвечает борозде
большой ширины (0,5- 1 м) и глубины (5—10 см). Способ применяется
редко, при изучении залежей с весьма и крайне неравномерным рас-
пределением полезных компонентов, а также рудных тел малой мощ-
ности (рис. 4.4, ж, з). В последнем случае проба берется по всей обна-
жающейся в забое части залежи.
Отбор таких проб (при условии сохранения постоянной толщины)
весьма трудоемок. Поэтому уже давно проводятся исследования с
целью выяснения возможной замены задирковой пробы на составную
точечную или серию параллельных борозд обычного сечения. Их ре-
зультаты во многих случаях показывают возможность такой замены.
76
Составной точечный способ. Как и задирковый, относится к пл
скостной группе способов. Применяется сравнительно широко прост в
техническом отношении. На обнаженную в забое выработки’поверх
ность залежи (отдельную ее часть) накладывается квадратная или пря-
моугольная сетка размером 10 * 10 и 10 х 15 см. Выбор типа сетки зави-
сит от характера неоднородности оруденения. При отсутствии анизо-
тропии свойств используется квадратная сетка, при наличии - прямо-
угольная. При этом длинная сторона ячейки ориентируется по паде-
нию, короткая по мощности рудного тела.
Из центров каждой ячейки откалываются небольшие кусочки руды
(или породы) размером 2-3 см. Их количество меняется в пределах
от 10-20 до 40-50. Отдельные точечные пробы объединяются в одну,
которая и исследуется в дальнейшем (рис. 4.4, и). Представительность
составной точечной пробы зависит не столько от размера частичных
проб, сколько от их количества.
Данный способ вполне приемлем при изучении месторождений с
равномерным и неравномерным распределением полезных компонен-
тов. Возможность его использования в более сложных условиях тре-
бует предварительного исследования.
К вариантам рассматриваемого способа относятся способы гор-
стьевой и вычерпывания, которые применяются при изучении добытых
масс руды в штабелях или вагонетках.
Валовый способ. Относится к группе объемных. Как правило,
это пробы большого объема, от нескольких сотен килограмм до сотен и
тысяч тонн. Такие пробы могут служить в качестве контрольных, а
главным образом для целей исследования технологических свойств руд
разведываемого месторождения. Столь крупные объемы рудной массы
получают при проходке выработок по рудному телу или путем отбора
рудного материала из нескольких вагонеток (рис. 4.4, к).
Частота отбора проб Плотность точек опробования рудных тел
в общем случае определяется неравномерностью оруденения, а также
неодинаковой интенсивностью проявления этой неравномерности в на-
правлениях мощности, падения и простирания (анизотропия свойств).
Кроме того, это зависит от стадии геологоразведочных работ, целей
исследования. По мощности залежей пробы, как правило, отбираются
непрерывно (сплошная или секционная борозда). Расстояния между
соседними пробами по стенкам штреков и наклонных выработок, иду
Щих по падению, меняется от первых метров до 10-20 м.
77
Общепринятых приемов расчета расстояний между пробами нет
Статистические оценки пока не нашли широкого применения. В боль-
шей мере используются аналогии с ранее изученными однотипными
месторождениями, а также результаты экспериментального разрежения
сети точек опробования на хорошо и детально изученных объектах.
Особенности опробования россыпей. В данном случае основ-
ные трудности обусловлены весьма низким содержанием и крайне
неравномерным распределением зерен ценных металлов в отбираемых
пробах. Отсюда условие отбора крупных проб и соответственно необ-
ходимость применения шурфов или скважин большого диаметра [I,
12].
При разведке россыпей шурфами пробы отбираются последова-
тельно, по мере их проходки. Величина интервалов обычно 0,2 0,5 м.
Порода из каждого слоя («выкид») укладывается вокруг шурфа. Объем
отбираемой пробы измеряется с помощью определенных емкостей,
называемых ендовками объемом 0,028 м3. От каждого выкида отбира-
ется 1-2 ендовки, которые тут же промываются в ковше или лотке.
Имеются и специальные полевые обогатительные установки.
Содержание ценного минерала определяется по формуле
С=р/К, (4.1)
где С содержание, г/м3; р - масса ценного минерала, г; У - объем
пробы, м3.
Содержание алмазов определяют в каратах на 1 м3 (1 карат - 0,2 г).
Здесь приведены лишь самые общие сведения. Опробование рос-
сыпей это специальная область с собственными приемами, навыками
и своей методической литературой.
4.3. Буровые скважины
Скважины колонкового бурения. Условия опробования колон-
ковых скважин, используемых при поисках и разведке твердых полез-
ных ископаемых, в целом аналогичны условиям линейных бороздовых
проб круглого сечения (рис. 4.5). При этом используются все варианты
(сплошные, секционные, пунктирные пробы). Основным материалом
проб является главным образом керн.
Керн из опробуемого интервала рудной залежи (секции), пред-
ставленный столбиками, распиливается вдоль оси. Одна половинка
считается пробой, вторая оставляется на хранение. Если керн пред-
78
Рис. 4.5. Пробы, отбираемые из керна скважин.
Пробы: а сплошная, б секционная, в пунктирная. 1, II, III
|мны руд; I номера секционных или пунктирных проб
ставлен кусочками разного размера или мелочью, весь материал из
данного интервала подвергается вначале обработке и лишь потом раз-
деляется на части.Отмеченные выше слабые стороны бороздового спо-
соба в той или иной степени касаются и керновых проб. При проходке
скважиной рудного тела, обладающего сложным строением и неодно-
родностью физико-механических свойств, происходит избирательное
истирание керна в колонковой трубе, что сказывается на достоверно-
сти отбираемых проб. В любом случае высокий выход керна, порядка
90 100%, способствует лучшим результатам. Буровой шлам в качестве
проб при колонковом бурении применяется мало.
В литературе об опробовании скважин приводятся данные по
взятию из керна твердых руд узких бороздовых проб с помощью спе-
циальных пробоотборников с алмазными дисками.
В качестве дополнительного материала в скважинах колонкового
бурения нередко используются небольшие по объему пробы, отбирае-
мые из стенок скважины с помощью боковых стреляющих грунтоносов
через равные промежутки, чаще всего через 10 см (рис. 4.6). В корпусе
каждого грунтоноса находятся камера с пороховым зарядом, а также
прикрепленный к корпусу тросиками пустотелый боек [16]. Грунто-
носы свинчиваются в гирлянду из 10 штук и более и опускаются в
скважину на кабеле. На заданной глубине порох воспламеняется с
помощью электрического запала, бойки выстреливаются и врезаются в
породу. При натяжении кабеля и тросиков бойки с пробами извлека-
ются из стенок скважины и поднимаются на поверхность. Наиболее
распространены грунтоносы с наружным диаметром 50 мм и бойками
длиной 30 35 мм, диаметром около 25 мм.
79
a
Рис. 4.6. Схема бокового стреляющего 1рунтоноса 116|.
а положение гирлянды грунтоносов в скважине; б - отдельный
грунтонос в снаряженном состоянии (вад сверху), в то же после
выстрела / корпус, 2 - камера с пороховым гарядом; 3 электро-
запал 4 боек; 5 гроенк; 6 - стенка скважины
Скважины глубокого нефтяного бурения. Опробование таких
скважин существенно отличается от колонковых скважин. Главными
объектами опробования здесь являются залежи нефти и газа. Резко
ограничены возможности изучения керна. Соответственно большее
внимание уделяется буровому шламу. И, конечно, более широко
используются разнообразные методы каротажа. Именно в таких усло-
виях на долю каротажной службы приходится не только собственно
документация разреза, но и в заметной степени опробование вмещаю-
щих пород и залежей нафтидов |7, 16 и др.]. Рассмотрим кратко спо-
собы опробования пород и скоплений нефти и газа в глубоких сква-
жинах.
Керн в данных условиях извлекается с помощью колонковых до-
лот из отдельных интервалов продуктивных или потенциально продук-
тивных горизонтов. Это, несомненно, ценные пробы. По ним детально
изучают литологические, фильтрационные и другие характеристики,
оценивают продуктивность пород.
80
в огличие от керна, шлам непрерывно поступает при бурении
-кважины на поверхность и позволяет получать важные сведения о
разрезе, составе и свойствах проходимых пород, дополняя данные ка-
ротажа. Для оценки нефтегазоносности разреза пробы шлама отбира-
ются в целях проведения люминесцентно-битуминозного и газометри-
ческого анализов. Битумы способны светиться в ультрафиолетовых
лучах, а их цвет отражает компонентный состав. Собственно пробой
является жидкость, извлекаемая из шлама растворителем. Кстати, по-
добный же прием используется при изучении промывочной жидкости.
Газометрия шлама служит для определения количества и состава со-
держащегося в нем газа.
Частота отбора проб шлама зависит от неоднородности разреза.
Считается достаточным взятие трех проб с интервала мощности пер-
спективного пласта [7J.
Определение примерной глубины по скважине, с которой отоб-
рана конкретная проба шлама (й) описывается далее по книге
Ю. И. Горбачева [7]. Начиная с момента достижения скважиной глуби-
ны h и началом подъема шлама на поверхность, действительная глуби-
на скважины увеличивается (йд). Соответственно глубина й оказывает-
ся неизвестной. Разность Дй = йл й называют глубиной отставания
(рис. 4.7).
Рис. 4.7. Схема, поясняющая условия определения ориен-
। ировочной глубины отбора пробы шлама из скважины [7]
йа действи цельная глубина скважины; h глубина, с которой
отбирается проба шлама, поступившая к устью скважины: ЛД
глубина отставания, / скважина, 2 направление движения
шлама Объяснение в тексте
Величина Дй определяется, в частности, индикаторным способом,
по которому устанавливают скорость циркуляции промывочной жид-
кости с помощью индикаторов (красителей, обрезков фольги), запус-
каемых внутрь бурильных труб. Зная скорость, находят время (/), не-
обходимое для выведения шлама на поверхность, а по нему - Дй.
81
в целом глубина h рассчитывается по формуле
h t(vu гид), (42)
где I - время, прошедшее с момента разбуривания интересующей нас
породы до выхода шлама на поверхность; гц скорость циркуляции
промывочной жидкости; vceB скорость оседания (седиментации) час-
тиц в промывочной жидкости.
Скорость седиментации находят по формуле Реттингема
Гсед ^ф [^(Рп —РжУДж] 9 (4-3)
в которой Кф - коэффициент, учитывающий форму частиц; d- диаметр
шара, вес которого равен весу частицы шлама; рп, рж плотности по-
роды и промывочной жидкости.
Найденную глубину отбора шламовой пробы уточняют путем со-
поставления с диаграммами каротажа.
Теперь о непосредственном опробовании (испытании) пластов
нефти и газа в скважинах. Это сложная и ответственная процедура,
требующая глубоких профессиональных знаний и опыта. В рамках
данного пособия приводятся только общие сведения.
Применяемые способы испытания основаны на вызове притока
нефти и газа из пласта в скважину. С этой целью в скважине на испы-
тываемом интервале создается разность давлений между пластом и
скважиной. В случае, если давление в скважине ниже пластового дав-
ления, нефть и газ поступают в скважину. Создается возможность
отбора проб и определения возможного дебита. Для этого использу-
ются различные инструменты и приборы, в том числе глубинные или
погружные испытатели пластов, насосы.
Испытания пластов проводят в процессе бурения скважины, по
мере вскрытия продуктивных горизонтов или после окончания бурения
скважины (отдельного интервала) и закрепления ее стенок обсадными
трубами [7, 14,20 и др.].
В первом случае скважины испытывают сразу же после пересече-
ния пласта без закрепления ее трубами (в открытом стволе). На бу-
рильных трубах в скважину опускают пластовый испытатель, конст-
рукция которого позволяет изолировать испытуемый пласт сверху,
создать необходимый перепад давлений и отобрать пробу. После ис-
должает поднимают на поверхность, бурение скважины про-
82
Ппи более детальном исследовании продуктивных пластов и и
омышленной оценке проводят испытания обсаженных скважин с
изменением цементации затрубного пространства [3, 20]. Суть опера-
"ии заключается в следующем. В скважину, вскрывшую продуктивную
толшу- опускают колонну обсадных труб и цементируют пространство
между стенками скважины и трубами. Этим достигают полной изоля-
ции одной или нескольких залежей. После затвердения цемента вы-
полняют перфорацию стенок колонны труб и цементного кольца на-
против подлежащего испытанию пласта. Далее пытаются вызвать при-
ток нефти из пласта в колонну труб. Пробы отбираются различными
приемами, в том числе с помощью глубинных насосов, а также обуст-
ройством устьевой части скважины.
Главной особенностью испытания газовых залежей является обла-
дание газом нередко большой потенциальной энергии, что может
привести к аварийным ситуациям (газовые выбросы, фонтаны и др.).
Соответственно, при вскрытии залежей применяются меры безопас-
ности (превенторы на устье скважины и другие приемы).
Скважины других видов бурения. При изучении россыпных
месторождений, помимо дорогостоящих шурфов, применяется ударно-
механическое бурение скважин большого диаметра порядка 120
165 мм. В условиях сложных разрезов рыхлых песчано-гравийных
образований именно этот способ бурения дает возможность извлечь на
поверхность практически всю массу пройденных пород. При опробо-
вании россыпей важно вести точный учет объема извлеченной пробы и
объема пройденного скважиной интервала. Поэтому прибегают даже к
режиму некоторого опережения башмака обсадных труб по отноше-
нию к буровому наконечнику. Интервалы опробования продуктивного
горизонта по аналогии с шурфами составляют обычно 0,2-0,5 м.
При поисках месторождений в процессе выполнения литохимиче-
ской съемки по первичным и вторичным ореолам рассеяния применя-
ются скважины шнекового, вибрационного и неглубокого колонкового
бурения на самоходных установках.
4.4. Опробование без отбора проб
Как отмечено ранее (см. рис. 4.1), в данном случае на забое выра-
стай, в отвале отобранной руды, в вагонетке, на конвейерной ленте,
по стенке скважины осуществляется замер некоторого физического
или химического свойства, по которому затем судят о величине со-
83
<ержания полезного компонента. Обратим внимание на приводим-.
Л. И. Четвериковым простую формулу, поясняющую суть опробования
без отбора проб [32]:
С BJ, (44)
где С - содержание элемента в точке замера; В - коэффициент про-
порциональности, определяющий связь между непосредственно заме-
ряемым свойством (J) и величиной С.
Наибольшее распространение получил рентгенорадиометрический
метод, основанный на возбуждении и регистрации ответного рентге-
новского излучения элементов, входящих в состав горных пород. Ис-
точниками наведенной радиации служат изотопы 75Se, l09Cd, H’Sn, S7Co
и др. Используются приборы разной конструкции для условий забоев
горных выработок и буровых скважин. Корпус прибора (датчика)
включает источник излучения, детектор, экран (защиту). Он соединя-
ется электрическим кабелем с анализатором импульсов, регистрирую-
щим устройством, позволяющим вычислить искомые величины содер-
жания рудных компонентов [7, 17].
При выполнении замеров сохраняются практически все рассмот-
ренные в отношении материальных проб условия и характеристики.
Имеется в виду, что они выполняются в полном согласии со структу-
рой неоднородности объекта, наличием или отсутствием анизотропии
его свойств. Важной особенностью замеров является возможность их
возобновления в тех же самых местах.
Каждый единичный (точечный) замер отражает лишь весьма ма-
лый объем изучаемой залежи и соответственно характеризуется очень
низкой представительностью. Поэтому при опробовании в забоях руд-
ных тел выполняются многочисленные точечные замеры по квадрат-
ной или прямоугольной сетке по системе параллельных линий. Плот-
ность замеров может варьировать в больших пределах, в зависимости
от сложности строения залежей и целей опробования. Так, при опробо-
вании горных выработок с отчетливо выраженными анизотропными
свойствами (пласты, жилы) точечные замеры располагаются в направ-
лении мощности, нередко по нескольким параллельным линиям, что
повышает детальность исследования.
По степени надежности выявления элементы горных пород и руд
разделяются с позиций рассматриваемого метода на три группы, что
определяется их атомным номером (табл. 4.2). Наибольшие трудности
84
и неопределенности связаны с выявлением элементов третьей группы .
атомным номером меньше 38.
Таблица 4.2. Пределы обнаружения элементов с помощью
рентгенорадиометрического метода [7]
Группа Элемент Атомный номер Пределы обнаружения, %
Bi 83 0,10,2
Pb 82 0,1-0.2
[ Hg 80 0,1 0,2
W 74 0,1-0,2
Се 58 0,1-0,2
Ва 56 0,1-0,2
Sb 51 0.05 0.1
Sn 50 0,05-0,1
Cd 48 0.05 0,1
II Ag 47 0,05-0,1
Mo 42 0,03-0,05
Nb 41 0,03-0,05
Zr 40 0,03-0,05
Sr 38 0,03-0,05
As 33 0,05
Zn 30 0,1-0,3
111 Cu 29 0.1-0,3
Ni 1 28 0,1-0,3
11 р и м е ч а н и е. 0,1% = I 000 г/т. 0.5% = 500 г/т, 0,05%=50 г/г.
Помимо рентгенорадиометрического использую! качестве
другие ядерно-физические методы исследований [ 1 и др.
примера на рис. 4.8 показана численная опенка содержали
резе рудной залежи, вскрытой скважиной колонкового уре•
Вполне понятно, что замеры также сопровождаются
погрешностями, имеющими в данном случае ряд осо и
погрешности самих замеров, технические погрешности апп_
последующих пересчетов замеренных свойств на коне
величину содержания элемента.
Рис. 4.8. Пример выделения в разрезе колонковой сква-
жины залежи сульфидных медных руд с определением
содержания меди [17, с упрощением].
/ - рудное тело; 2 вмещающие породы с вкраплениями суль-
фидов, 3 диаграмма селективного гамма-гамма-каротажа
(I ГК-С, ИМИ./МИН); 4 диаграмма нейтронно-активационного
каротажа (НГК), отражающая содержание меди (в %), которое
практически совпадает с данными опробования руды по керну.
Методы беспробного опробования последовательно развиваются и
совершенствуются. Однако добротные химические анализы материаль-
ных проб еще долгое время сохранят свое ведущее значение.
Глава 5. Сводная геологическая документация
5.1. Исходные сведения
Задачи. Назначением сводной геологической документации явля-
ется сведение, обобщение разрозненных (нередко в значительных объ-
емах) материалов первичной документации. Это делается в целях по-
лучения более или менее цельного представления о пространственной
картине изучаемого объекта, его размерах, форме и условиях залега-
ния, характеристиках качества и др. Именно материалы сводной доку-
ментации служат основой геолого-промышленной оценки месторож-
дений, являются исходной базой подсчета запасов, выяснения условий
и способов будущей разработки объектов.
Основные виды сводной графической документации хорошо из-
вестны студентам, проходившим практику по геологическому карти-
рованию. К их числу относятся традиционные разрезы и карты. Это
обязательная составная часть графических материалов любого отчета о
результатах геологоразведочных рабоз на месторождениях полезных
ископаемых. Сравнительно менее известны различного рода графи-
ческие формы геометризации тех или иных свойств залежей полезных
ископаемых по разрезу и площади, в том числе комплекс карт, отра-
жающих свойства рудных тел с помощью изолиний.
Системы расположения выработок. Переходя к рассмотрению
указанных видов сводной графической документации, оценим сущест-
вующие способы расположения выработок в процессе ведения поиско-
во-разведочных работ, поскольку на этой основе строятся разрезы и
различные карты.
Расположение и плотность выработок определяются стадией изу-
чения объекта, характером и степенью неоднородности его главных
свойств, проявлением анизотропии этих свойств. В целом преобладают
геометрически правильные упорядоченные сети точек наблюдения.
Применительно к твердым полезным ископаемым это квадратная и
прямоугольная сети, а также разведочные линии, ориентированные
вкрест простирания (вдоль вытянутости залежей).
Квадратная сеть используется при изучении горизонтально зале-
гающих пластовых, пластообразных и линзовидных тел, имеющих в
плане изометрическую или близкую к ней форму (рис. 5.1, а). Элемен-
ты анизотропии свойств не внражены. Это достаточно широкий класс
алежей разнообразных месторождений главным образом осадочного
87
vc. 5.1 С пособы расположения поисково-разведочных выработок
а , по системе вертикальных сечений: а - квадратная сеть, б прямоугольная
сеть, в по линиям вкрест простирания порол, г по пересекающимся линиям,
д по системе горизонтальных сечений горных выработок и скважин.
происхождения, а также кор выветривания (часть месторождений
елеза, марганца, никеля, бокситов, углей фосфоритов и др.).
ЙКаЯ СеТЬ точек наблюдения дает возможность получить серии
^имно перпендикулярных равноточных разрезов. Вследствие изо-
о ъекта ориентировка сторон сети может быт ь любой.
тальноза,0УГ°ЛЬНаЯ СеТЬ использУется также при изучении горизон-
ном случае^°ЩИХ пластовь1х 11 пластообразных рудных тел, но в дан-
ладающих заметно выраженной в плане протяженностью
88
в одном направлении. Это более распространенный в природе класс
залежей по сравнению с предыдущим. Ои еще шире охватывает те же
типы осадочных и экзогенных месторождений. Наличие у подобных
тел длины и ширины сразу же определяет их ориентировку на пло-
щади. Изменения свойств в таких объектах имеют анизотропный
характер. Поперек их вытянутости изменчивость, как правило, выше,
вдоль тела меньше. Степень анизотропии различна, но проявляется
всегда. Соответственно стороны такой сети ориентируются по направ-
лениям длины и ширины тела. При этом короткая сторона ячейки рас-
полагается по ширине (меньший шаг точек опробования), а длинная
сторона - вдоль вытянутости объекта (рис. 5.1, б). Параметры прямо-
угольной сети определяются размерами ячейки и отношением их
сторон.
Расположение выработок по системе разведочных линий свойст-
венно условиям наклонных залежей с отчетливо выраженными эле-
ментами залегания. Это самый распространенный тип объектов раз-
ведки. морфологический облик которых отвечает пластам, пласто-
образным залежам и разнообразным жильным телам. Залежи подоб-
ного типа обладают анизотропией морфологии, условий залегания и
внутренних свойств. Разведочная сеть, как правило, подчинена именно
этим признакам. Применяется система параллельных (при выдержан-
ном простирании) или непараллельных (при изменчивом простирании)
вертикальных сечений (разведочных линий), располагающихся на оди-
наковых расстояниях друг от друга (рис. 5.1, в).
Регулярность такой сети в равномерном расположении разве-
дочных сечений. Что касается расположения выработок (скважин) на
линиях, то здесь принимается во внимание не только условие равно-
мерности, но и стремление получить обоснованную картину геологи-
ческого строения разреза различной сложности. В любом случае рас-
стояние между линиями заметно больше интервалов расположения
выработок на линиях. Крайним примером системы вертикальных сече-
ний служит способ расположения скважин по пересекающимся линиям
скважин (рис. 5.1, г).
В условиях крутопадающих залежей, имеющих облик штоков,
штокверков, которым свойственны наиболее сложные виды анизо-
тропии, особенно характеристик состава и свойств, используется ком-
бинированный способ разведки с применением горных выработок и
Уровых скважин. По одному из возможных вариантов разведки круто-
рудное тело рассекается горными выработками по несколь-
м горизонтальным сечениям, в каждом из которых проходятся попе-
89
оишяботки и горизонтальные скважины с целью окон
^пиван^и лучения залежи (рис. 5.1, д).
туривани j способа расположения скважин при поисках и развед-
местооождений нефти и газа также учитывается анизотропия их
Л логин и условий залегания. Наиболее распространен профиль-
на способ расположения скважин (рис. 5.2). Он позволяет лучшим
Нбпазом получить отражение геологической структуры залежи, спо-
собствовать корреляции продуктивных горизонтов, установить поло-
жение водонефтяных (ВНК) и газонефтяных (ГНК) контактов. Общая
схема разведки предусматривает проходку сравнительно редкой сети
скважин. Наиболее информативными являются первые скважины, рас-
положенные в повышенных частях залежей [3].
Рис. 5.2. Профильный способ расположения скважин
при разведке залежей нефти и 1аза [3].
а - изогипсы кровли залежи; б - внешний KOirrjp нефзе-
HOcHociH / скважииа-иервооткрыватслышца; 2 4 сква-
жины первой второй и третьей очереди соответственно
Расстояния между профилями и между скважинами на них выби-
рают с учетом формы и размеров залежей, выявленных с помощью
геофизических исследований (сейсморазведка в форматах 2D. 3D) и
проходки отдельных скважин, в том числе с учетом положения сква-
жины-первооткрывательницы.
5.2. Построение традиционных разрезов н карт
пРиведенного обзора способов расположения поисково-разве-
по ОЫХ работок следует, что в большинстве случаев они проходятся
пределенным направлениям, ориентированным чаще всего вкрсс
f»0
«стирания (вытянутости) тел полезных ископаемых. По этим линиям
роят разрезы (профили), а на их основе карты [13, 30].
И СТ Обратим внимание на последовательность основных операций при
построении разрезов по линиям, рассекающим месторождение или его
отдельный участок разведки. Составление разреза начинают с построе-
ния профиля земной поверхности. На нем отмечают положение естест-
венных обнажений (при наличии), горных выработок буровых сква-
жин, находящихся на линии разреза и вблизи нее. Далее, в границах
выработок или слегка выходя за их контуры, наносят фактические дан-
ные первичной документации (геологические контакты слоев разных
типов пород и залежей полезных ископаемых с указанием углов паде-
ния и других важных признаков).
Затем производят увязку (корреляцию) данных первичной доку-
ментации между отдельными выработками на линии и между сосед-
ними линиями. Получают взаимосогласованные разрезы данного ме-
сторождения или его участка. По серии выполненных таким образом
разрезов строится карта выхода залежи или группы залежей на земную
поверхность, под покровные отложения или на какой-либо горизонт
(погоризонтные планы).
Рассмотрим указанную последовательность операций на конкрет-
ном примере небольшого участка разведки одного из угольных место-
рождений Кузбасса (рис. 5.3). Исходные данные взяты из сборника
задач по курсу поисков и разведки полезных ископаемых под редак-
цией Е. О. Погребицкого, 1975 г. (см. [24]).
На рис. 5.3, а в показаны план расположения скважин на участке
(а), стратиграфическая колонка участка с указанием трех пластов раз-
ной мощности (б) и линии разрезов с нанесенными на них данными
первичной документации скважин (в).
На рис. 5.3, г приведены результаты корреляции разрезов скважин
по всем трем линиям, а на рис. 5.3, д построенная по этим данным
карта выходов пластов под покровные отложения.
Условиях открытых районов, при наличии не только горных вы-
н и скважин, но и естественных обнажений, карты выходов руд-
ых тел на поверхность строятся с учетом приемов, излагаемых в кур-
х геологического картирования.
се ЗДо заметить, что построение разрезов, увязка данных между со-
занНИМ" вь,Рабогками в сложных геологических условиях нередко свя-
ппцЬ1 ° немалыми трудностями. Подтверждением этому могут служить
жел^ДИМЬ'е на РИС- 5-4 варианты корреляции разреза по одним и тем
Ч Этическим данным.
91
6
31 32 33 34 35
/Я —III
Пл. 3
25 26 27 28 29
Я -°-°--°--°----° " Пл. 2
20 21 22 23 24 П" 1
----о-о--о- -о-о-,
1 1
О . 400м
Н 2,5-3,2 м
9,8 11,5 м
ш 1,1 1,3 м
Ill-Ill
11 II
а ппя UC ''ослсловательность построения разрезов и карш
лок¥мтгг^аС,1ОЛОЖС,1ИЯ Развсдсчнь|х скважин; 6 положение viojimiiix
пластов пи । Я сква>кин- *’ корреляция разрезов скважин но разведочным
покровные тложения / покровные отложения; следы
92
пласто"16^ ^частка Угольного месторождения.
ли hi В В С1^>а|'игРаФическом разрезе участка; в — первичная геологическая
Раздюоб ВЫЯВление геологической сгруктуры участка; d карта выходов
ценности керна; 3 уюльные пласты; 4 - разрывные нарушения.
93
Рис. 5.4. Пример многовариантной инт ерпретации геологического
разреза (по Л. И. Четверикову).
а - фактические данные первичной геологической документации; б е
возможные варианты построения разреза
5.3. Условия геометризацим свойств залежей
Элементы неоднородности. Перед тем, как перейти к после-
дующим видам сводной геологической документации, полезно допол-
нить приводившиеся выше сведения о неоднородности и условиях изу-
чения свойств тел полезных ископаемых.
Неоднородность (изменчивость, непостоянство) свойств неоть-
емлемая особенность любой природной залежи полезных ископаемых,
на касается всех ее признаков и прежде всего мощности, условий
залетания, качественных характеристик (главным образом содержания
полезных компонентов). К числу важнейших элементов неоднородно-
и относятся. 1) степень интенсивности проявления, 2) характер изме-
нения в пространстве, 3) анизотропия.
относитр^1ЦеСТВ^ЮТ градации залежей: по мощности (выдержанные,
иых комппи° выдержаннЬ1е> невыдержанные); по распределению руд-
равномепноеуЛпВ ^равномеРное, неравномерное, весьма и крайне не-
сложное вес»’м»° условиям залегания (простое, относительно простое,
существо ПодхопяСЯОЖ“0е)- 11исло ВЬ|Деляемых градаций меняется но
подхода остается
•>4
Рис. 5.5. Характер изменения признаков залежей вдоль профиля
опробования.
а заметные тенденции в изменении признака не наблюдаются; &
различные варианты проявления направленных изменений признака,
с значение свойства; / расстояние между точками наблюдения.
Пункт ирной линией показано среднее значение признака.
личие или отсутствие в разной мере выр ппостипания и падения
нении признаков, например по направлению простирания
(рис. 5.5). „ чапржей отражает неоди-
Третий элемент неоднородности своис ^направлениях
маковый темп или анизотропию изменения апРЖН могут быть
мощности, простирания и падения. Соответственно з
изотропными и в той или иной мере анизотропнымж.рис.^
Наибольшая изменчивость мощности наблюд х мень-
лении падения или ширины (при горизонтальном изменчи-
вая - по простиранию или вытянутости тела. М мощности за-
вость содержания рудных компонентов фиксируется и прости-
лежи и далее в убывающей степени - по падению <шир
ранию (вытянутости). „я(зот0к весьма ошу-
Прерывный характер сети разведочных выр чаемЫХ резуль-
тимо влияет на степень детальности и надежности полу и стрОе-
татов. которые зависят в этих условиях не только от сл плотности
иия объекта, но и от применяемых способов располож t
образа
точек. Отсюда следует понятие наблюдаемой “"“шне, -то
X’ модели объекта (10, 31 и др.]. При этом BnLJ™ тольКО при
ствительный облик залежей может быть уста
ч-
Рис. 5.6. Проявление анизотропии свойств залежей
в геологическом пространстве.
А. Б изотропные (Л) и анизотропные (Б) свойства; а,б-
изменсние мощности залежи по простиранию и падению;
в, г изменение содержания полезных компонентов по
мощности, падению и простиранию.
анализе детальной документации после прекращения разработки
месторождения. Отсюда ~ относительный характер исследования
свойств залежей полезных ископаемых.
Зависимость наблюдаемой неоднородности от строения залежей и
степени их изученности привела исследователей к представлениям об
в пелоХ НеодноРодносги свойств, относительно однородных блоках и
менитель> СТруКтуре неоднородности тел полезных ископаемых. При-
уоошюй !?° К условиям РУДНЫХ месторождений выделяются несколько
На тЧаЮЩИХ РМ ЭЛементов неоднородности [10].
лишь определенСТаДИИ изучения геологических объектов вскрываются
ее обособленные у6 У^°В1'И неоднородности (рудоносная зона, залежь
выявление простоаЧаСТКИ^ ^Ри хоРошей выраженности таких уровней
тый характер. Соот-в™^01 ° °®лика природных тел имеет ступенча-
вается как система сосСТВСНН° ™ каждом Уровне объект рассматри-
однородных блоков к. т^ШаЯ И3 отдельнЬ1Х элементов относительно
иизации будут представ^ 6’ В СВО,° очеРеДь, при последующей лета-
ющей свои однородные блоки” В качестве сложной системы, включа-
ть .......
,словиях уровни и элементы неоднородно ти про
В м.пкРеТ1|ь,?с*тепен11 и не всегда присутствуют в полном объеме
являются в Р33"™ четк0 они фиксируются при наличии хорошо вы-
Сравнителыю ° ' между отдельными элементами (например, локаль-
раженных гра",1^)МИу в иных случаях выделение уровней затруднено,
ными обособлен месторождения однородные на нескольких
в частности "Учением лишь уровня минеральных агрегатов.
урОВ"ЯХ’3ом проявления разных уровней формируют определенную
В ^неоднородности залежей, т. е. пространственное взаиморас-
СТРУКТение составляющих ее элементов. Структуры неоднородности
П0Л°* тных тел полезных ископаемых различаются сложностью, сте-
пенью выраженности и масштабом. Главные определяющие пара-
метры это условия залегания, мощность, состав и свойства залежей.
Соответственно можно выделить однородную, зональную, блоковую,
пятнистую (мозаичную) и другие типы структур. Важной стороной
характеристики указанных структур является их анизотропия.
Сглаживание данных. Вернемся к графику на рис. 5.5, на кото-
ром отображены различные варианты выраженности тенденций в из-
менении признака, в данном случае в направлении профиля. В первом
примере (а) какие-либо заметные тенденции изменения признака не
наблюдаются. В трех остальных примерах (б-г) фиксируются разные
случаи направленных изменений, которые в неодинаковой мере ос-
ложнены мелкими колебаниями.
При исследовании такого рода тенденций изменения признака
вдоль линии или на площади уже давно выделяют так называемые
составляющие компоненты изменчивости: координированную, неслу-
чо Г ИЛИ т₽енл и осложняющие случайные флуктуации. Как вид-
йны РВ М пР,,меРе на РИс- 5.5 наблюдается явное преобладание слу-
обоих КоЛе®аниО’ в остальных примерах - различные соотношения
чозцщщО|СТаВЛяЮ111их’ В;1Ж|1Ы оценки всех составляющих. Однако с
значение еоме1Ризации свойств месторождений сравнительно большее
Процедупа / изУче,,ие направленных изменений признаков залежей.
Данный* ВЫЯВЛения называется тренд-анализом [8].
мых вдоль йнализ предполагает выделение из фактически наблюдае-
ляющей( или на площади данных систематической состав-
ЗНака и слуЖи-г отРажает направленные изменения изучаемого при-
Вь,|лядцт С Г.,И„Т основ°й построения карты тренда. На языке формул это
ледующим образом:
97
ф (х„ у,) ~ Г(х„ у,) - A F(x„ у,), (5 ц
где F(x„ у,) фактические значения признака; ф (х„ у,) систематиче-
ская составляющая, тренд; Л F(x„ у,) случайные флуктуации.
Именно по значениям ф (х„ у,) и строится профиль или карта трен-
да (см. далее раздел 5.4).
Понятно, что отчетливое проявление закономерных изменений
при незначительной выраженности случайных флуктуаций не требует
тренд-анализа. В этих случаях карты изменения признака можно с ус-
пехом строить по фактическим данным. Между тем эмпирические кри-
вые нередко имеют сложное очертание, что затрудняет увидеть на-
правленные изменения. Это относится ко всем свойствам залежей, но в
большей мере к параметрам содержания полезных компонентов. По-
этому именно в таких случаях прибегают к упомянутом)' анализу, при
котором в той или иной форме выполняется сглаживание (выравнива-
ние) исходных данных.
Простейшие варианты тренд-анализа (без употребления этого
термина) давно осуществлялись «вручную», с помощью сглаживания
«скользящим окном» из нескольких точек. На рис. 5.7 и 5.8 показаны
простые примеры такого сглаживания вдоль профиля (окно из трех
проб) и на площади (окно из четырех проб).
В настоящее время подобные операции сглаживания (приближе-
ния, аппроксимации) эмпирических данных выполняются с помощью
ряда компьютерных протрамм (Excel, Syrfer, Origin, Statistica), которые
предоставляют возможность широкого выбора методов, начиная от
того же простого приема сглаживания скользящим окном до различ-
ных по сложности способов (линейного, логарифмического, полино-
миального, степенного, экспоненциального, крайгинга, Шеппарда,
ближайшего района и др.).
Разделение компонент - операция в известной мере формальная и
содержит элементы условности, поскольку зависит не только от по-
ставленной задачи, но и от способа приближения, характера неодно-
родности объекта, его масштабов, плотности точек наблюдения. Выбор
уровня приближения определяет геолог. Нередко задача решается в
нескольких вариантах, из которых выбирается оптимальный (рис. 5.9)
ряде работ рекомендуется находить оптимальную степень полино-
знакаНО° пРи®ЛИжения "У1 ем сравнения дисперсий изучаемою при-
мальной дищеТСЯ' ЧТ° наилУчший вариант отвечает условию мпнн-
Рис. 5.7. Сущность процесса сглаживания фактиче-
ских значений признака вдоль линии опробования
способом «скользящего окна».
/ - кривая фактических (эмпирических) значений |ризна-
ка; 2 - сглаженная кривая (неслучайная составляющая
изменчивости, трсид); 3 величины случайных флуктуа-
ций признака; 4 - величины тренда в точках наблюдения.
1-5_________0,9
^ис. 5.8. Пример сглаживания значений признака па площади
о и С||°собом скользящего окна из четырех проб.
paiHi>CXOWia!l СеТЬ скважин, в качестве примера выделена одна из квад-
средне ИЧе£К с конкретными значениями признака; б определение
(•рен1Н°значсния признака в ячейке (окне); в сглаженная поверхноезь
’110сПленная по средним значениям признаков центрах ячеек
09
Рис. 5.9. Варианты линий тренда в зависимости от выбора способа
приближения к фактической кривой изменения признака [8J.
а - фактическая кривая; б прямой тренд; в - параболический тренд,.
кубический тренд, I - расстояние между точками наблюдения по профилю
с значения признака
О
Рис. 5.10. 1 рафик структурной функции (варио-
1раммы) [10].
х расстояние между точками опробования; у средние
квадраты приращений (первых разностей) значений
признака в точках, отстоящих друг от друга на разных
расстояниях Цифры в кружках' 1 область преоблада-
ния неслучайной составляющей изменчивости (тренд),
область сопоставимых соотношений случайной и
неслучайной составляющих; 3 область преобладания
случайных флуктуаций
100
выявления составляющих компонентов измен-
Относнтельность^^ плоТНОСТИ точек наблюдения, хорошо отра-
чивости, В '‘“^структурной функции (вариограмме) (рис. 5.10).
жается на графи и флуктуаций у одного и того же
Соотношен ^иже„ может бЬ1Ть неодинаковым. Как уже говори-
свойства разных [|реобладать, быть осложненным (затушеванным)
№СЬ’ Хми колебаниями и, наконец, практически отсутствовать.
СЛ П и изучении эмпирических данных и их сглаживании особое
ание обращают на точки опробования с весьма высокими содер-
жадами полезных компонентов в руде. Это известная проблема учета
«ураганных проб». В основном вопрос относится к месторождениям
золота, которые отличаются крайне неравномерным распределением
оруденения. По существу это пробы, обладающие очень малой обла-
стью влияния (эффект самородка, по Ж. Матерону). Однако учесть
данное методически верное положение в реальной практ ике работ да-
леко не просто. Строгих решений нет. Используются различные прие-
мы замены таких значений на ближайшие по величине, на средние с
учетом или без учета ураганных проб и другие варианты.
Статистические способы. Предполагается, что студенты знако-
мы с основами статистических методов обработки геологических дан-
ных. К тому же эти вопросы хорошо освещены во многочисленных
лишьОДСТВаХ И пос0^иях- Поэтому в данном случае обратим внимание
стик НЙ НСКОТОрь,е особенности начальных статистических характери-
МотИЗМеНЧИВОСТИ св°йств залежей полезных ископаемых, которые
й*^еТ1' отношение к сводной документации.
ире/тюла"1 'Ие °Т тРенд’анализа, статистические приемы исследования
ния в прос 0ТрЬ|1’ фактически наблюдаемых данных от их положе-
^днород ЧТ° ДаеТ возможность с иных позиций отразить
странственной СВОИСТВ объекта. Наглядным примером различия про-
ча рис. 5 ]j ^аТистическ°й моделей могут служить приводимые
является состав1СРВЫХ приемов сводной статистической документации
с®ойС1в залежей''116 ** изучение эмпирических кривых распределения
м°дальные распп полезнь,х ископаемых. Чаще встречаются одно-
элементов симмет^ 1еНИЯ’ " разной степени отражающие проявления
₽азброс значсннй>ИИ ИЛИ асимметрии, а также больший или меньший
и®а типа эм||црич Признака. В большинстве случаев встречаются
Ученными видаемКИХ кривых> нередко совпадающих с хорошо
нормального и логарифмически нормального
101
Рис. 5.11. Соотношение пространственной (а)
и статистической (б) моделей неоднородности
свойств залежи (по Г. В. Лебедеву).
с - значения признака; п число проб (замеров);
I расстояние между точками наб}подеиия.
(логнормального) распределений или близких к ним видов. Они харак-
теризуются набором известных статистических показателей, к числу
которых относятся: среднее значение признака, дисперсия, стандарт,
коэффициент вариации, абсолютная и относительная ошибки опреде-
ления средней величины. В случае логнормального распределения вме-
сто фактических значений свойства используются их натуральные
логарифмы.
Известны строгие проверки соответствия эмпирических кривых их
теоретическим эталонам, которые рассматриваются в любом руковод-
стве по статистическому анализу и, кроме того, входят в соответст-
вующие компьютерные программы. На практике нередко использу-
ются оценки указанного соответствия с помощью нанесения эмпири-
ческих кривых в кумулятивной форме на полу- или логарифмическую
вероятностную бумагу.
К эмпирическим кривым распределения, имеющим две или три
вершины, следует относиться осторожно и предварительно выяснить
их статистическую значимость. Случаи статистического неподтверж-
дения двух вершин связаны скорее с ограниченностью фактических
данных, неравномерностью распределения признака в пределах изу-
чаемой площади. При статистически значимой оценке наличие на гра-
фике двух вершин позволяет (хотя и не обязательно) предполагать
существование в изучаемой выборке двух различных совокупностей
данных, имеющих разные средние характеристики и принадлежащих
разным участкам или блокам месторождения. В любом случае это дает
основание для более детального рассмотрения полученных данных.
,07
Важно отметить, что статистический анализ рассчитан на и» че
ние случайных величин и дает корректные результаты при отсутствии
в рассматриваемых данных систематической составляющей (тренда)
Таким образом, в подобных условиях надо как раз освобождаться от
тренда.
При явном преобладании случайных флуктуаций и практически
невыраженном тренде вполне корректной является обычная формула
определения стандартного отклонения
о = -Ссрри-1, (5.2)
где о - стандартное отклонение; С, значения признака в точках заме-
ра; Ccf - среднее значение признака; и - число точек.
В случае заметной роли тренда статистические характеристики
будут искаженными (увеличенными) тем в большей мере, чем сильнее
он выражен. Необходимо каким-то образом освободиться от тренда и
использовать в расчетах собственно случайные колебания признака.
Существуют несколько приемов оценки случайных флуктуаций в ус-
ловиях проявления тренда.
Так, например, можно воспользоваться той же формулой стан-
дартного отклонения, но только учитывать разности значений не от
средней величины признака (Сср), а от значений тренда в каждой точке
(С,,,). Получим оценку случайной изменчивости (<7С„)
= ±y[L(C, -С^/п-1. (5.3)
Такой способ использовал П. Л. Каллистов в 1956 г. при сглаживании
фактических данных вдоль линий опробования.
Существуют способы прямого определения изменчивости случай-
ной составляющей (дсп), независимо от наличия тренда. Д. А. Казаков-
ский предложил в 1948 г. использовать для этого анализ разностей зна-
чений признака и соответственно определять изменение их скорости.
Общая формула такой оценки была получена позднее Ю. В. Линником
и А. П. Хусу в 1958 г.:
осл =±j£(Am)2 /(и-и»)С',2м <5-4)
гДе А„, разности соседних значений признака; т порядок разностей
(первые, вторые, третьи); п — число точек замера; С",», число сочета-
ний из 2m по п.
1Л
Исследования показали, что для оценки случайной изменчивости
геологических параметров в большинстве случаев достаточно ограни-
чиваться вторыми разностями (т 2). Соответственно формула упро-
щается: ___________
oct=±7S(A2)2/(«-2)-6- (5.5)
Аналогичные или близкие формулы были предложены также
3. Д. Низгурецким (1963 г.), Е. И. Поповым (1959 г.) и др.
К вопросам сводной документации можно отнести задачу выясне-
ния связей между отдельными параметрами. Наиболее известной ме-
рой такой связи между парой признаков является коэффициент корре-
ляции. Его значения меняются в пределах от -1 до Ч. Выделяются
градации связей: сильная (0.9-0,95), средняя (0,7-0,9), слабая (0,45-
0,7), весьма слабая (менее 0,45). Благодаря компьютерным программам
статистических оценок определение коэффициентов корреляции не
занимает много времени.
Обратим внимание на некоторые важные условия применения
указанного коэффициента. Желательны линейный или близкий ему
характер связей, а также близость рассматриваемых совокупностей
нормальному распределению изучаемых данных. В случае правоасим-
метричных распределений применяются логарифмы сравниваемых
параметров.
При использовании значений двух исследуемых признаков в про-
центах возникает возможность получения ложной корреляции. Сумма
значений в данной ситуации равна 100%. Соответственно увеличение
относительной роли одного свойства компенсируется уменьшением
значений другого свойства. Поэтому лучше применять абсолютные, а
не относительные величины сравниваемых показателей [8].
5.4. Построение карт (планов) с помощью изолиний
Основы построения. Основы методики составления таких карт
были заложены в начале XX века П. К. Соболевским. Они описаны в
учебниках и руководствах по горной геометрии [6, 27, 30]. Отметим
главное, возможность построения карт тренда предполагает непрерыв-
ность и плавность изменения параметра в пределах изучаемой пло
ызе И РазРыва -лошности залежи могут затруднить примене-
Все виды составляемых с помощью изолиний карт мщут рассмат-
иваться в качестве некоторых скрытых топографических поверх-
104
н. ГСИ. Олни из таких поверхностей являются реальными (кар. ы нг. ...
ли и m почвы залежи), другие отвечают условным (реально не сущ» г-
вуюшим) поверхностям (карты мощности рудного тела, содержания
рудных компонентов и др.).
Важным является вопрос о выборе сечения изолиний. Поскольку
картируются разные показатели, то единых приемов определения ве-
личины сечения нет. Общее требование состоит в том, чтобы изолинии
на карте наглядно, удобно и по возможности точно изображали топо-
графическую поверхность изучаемого параметра.
При построении карт в изолиниях какого-либо признака следует
учитывать рассмотренные выше сведения о неоднородности свойств
залежей, соотношении составляющих компонентов изменчивости. С
этих позиций можно назвать следующие варианты соотношения ука-
занных компонентов (при одинаковом уровне изученности объекта):
1. В реальной картине изменчивости эмпирических данных отчет-
ливо прослеживается преобладание закономерной (неслучайной) со-
ставляющей изменчивости при незначительных пределах колебания
случайных флуктуаций. В этом случае вполне возможно строить карту
тренда по фактическим данным, замеренным в конкретных точках.
2. Эмпирические данные свидетельствуют о сопоставимых в тех
или иных пределах соотношения значениях тренда и флуктуаций. В
подобной ситуации правильнее строить карты после предварительного
сглаживания исходных величин, по выявленным значениям тренда.
3. Эмпирические данные отчетливо показывают явное преоблада-
ние случайных флуктуаций при отсутствии каких-либо признаков на-
личия тренда. Составление карт в изолиниях (при конкретном факти-
ческом материале) невозможно, поскольку сам метод основан на усло-
вии картирования неслучайной составляющей изменчивости (тренда).
Лучшие результаты получаются при равномерной или близкой к
этому сети точек наблюдения. Однако известная неравномерность сети
не является особым препятствием, хотя и снижает точность карт.
В таких случаях выбирается соответствующий метод приближения
данных (например, метод крайгинга).
Гипсометрические карты (планы). Подобно топографическим
картам земной поверхности, отображающим рельеф с помощью юри-
зонталей, в данном случае строится карта рельефа поверхности кровли
или почвы залежи полезного ископаемого, какого-либо маркирующею
горизонта или вообще любой скрытой в недрах поверхности. Cootbci
10*
твуюшие изолинии называются изогипсами, а сами карты гипсомет-
рическими.
В условиях первого из названных выше вариантов (преобладание
в обшей изменчивости параметров тренда) такие карты строят двояким
способом:
1) непосредственно по высотным отметкам кровли (или почвы) в
точках наблюдения (скважинах) испытуемого рудного тела. Положе-
ние изогипс находят путем интерполяции величин параметра между
этими точками (рис. 5.12);
Рис. 5.12. Построение гипсометрической карты (пла-
на) залежи по фактическим отметкам точек ее подсе-
чения в скважинах (положение изогипс определяется
путем интерполяции значений между скважинами).
1 скважина, ее помер (перед косой чертой) и высотная
отметка (после косой черты) точки подсечения залежи (м);
2 - изогипсы
2) путем использования предварительно построенных для этих це-
лей или уже имеющихся разрезов по линиям. Схема построения пока-
зана на примере одного из таких разрезов (рис. 5.13, а). На нем находят
точки пересечения залежи с соответствующим горизонтом, и далее с
соблюдением масштабов проектируют эти точки в соответствующие
места на карте. Аналогичные операции выполняются по другим разре-
зам. Затем путем соединения указанных точек с одинаковыми отмет-
КаМИ5 "У°ВОДЯ1 изогипсы (рис. 5.13, б). Примеры иллюстрирует
106
рис. 5.13.
. *1°стР°еиис । ипсометрической карго. (,
а пял Г1рсднаРи,СЛЬН01'° построения вертикальных
Разрез по одному из разрезов;
карты (плана) по
картьГ/^п'0 ОЛНОму из Разрезов; б фрагмент гипсометрической
стоная залежкР дВНЬ1е °тпожсния;2 ~ скважины; 3 исследуемая ила-
горизонта « точки пересечения залежи с соответствующими
на карте б**' пР°екции точек пересечения залежи с горизонтами
изот ипсы; 7 выход залежи иод покровные отложения
второго и"ОСТРоении гипсометрических карт (планов) в условиях
слУЧайной НазваннЫх выше вариантов (определенные соотношения
провести неслучайной составляющих изменчивости) желательно
значения РедваРительное сглаживание исходных данных и выделить
называвши)ТВеЧаК>ЩИе трендУ- ® этом случае можно воспользоваться
торых в за ИСЯ Ранее компьютерными программами, с помощью ко-
строени₽ Данном режиме выполняется как сглаживание, так и по-
те самой карты.
107
Рис. 5.14. Фра) менты гипсометрических планов.
а кровля маркирующих) горизон га; 6 кровля нефтяного
пласта с учетом данных инклинометрии [16), 1 устье
скважины. 2 - проекции точек подсечения залежи.
На гипсометрических картах по характеру поведения изогипс
можно судить о крутизне или, наоборот, пологости «склонов» поверх-
ности изучаемой залежи, вплоть до численного определения углов и
азимутов ее падения. Сами изогипсы являются не чем иным, как ли-
ниями простирания, наглядно отражающими степень сложности и про-
странственную ориентировку структуры объекта на площади.
В процессе построения гипсометрических карт нередко приходит-
ся ого ражать участки залежей, нарушенных разрывами [30]. Рассмот-
рим простой пример моноклинально залегающего пласта, разорванного
часте“°М • ,С 5-'5). Как можно видеть, строятся изогипсы обеих
CTnrenJ'^v?.13 ^висячег0 и лежачего боков), а также поверхности сме-
мечаются точки пересечения одноименных изогипс частей
108
ис. 5.15. Фрагмент гипсометрического плана
пластовой залежи, нарушенной взбросом [30].
" план. б разрез. А - висячий бок залежи: В - лежа-
чий бок залежи; С - плоскость сместителя; S, S" - линии
оореза залежи по нарушению; 1-5 точки пересечения
пласта и смссштеля с изогипсами 50 и 100 м
ственное НарУшеНия- На полученном плане отчетливо видно простран-
у назыв П°ЛОЖение °®еих частей пласта и самого разрыва. Линии S и
метназон°ТСЯ линиями °бреза пласта по нарушению. На рисунке за-
чет пги„ 3 Сдвоения пласта. Если в ней задать скважину, то она подсе-
вает дважды.
Сражается ИЗоглУбин. В данном случае с помощью изолиний ото-
Шади о ГЛ^®ина залегания рудного тела в пределах изучаемой пло-
ПокрываюНОВРеМеИНО ЗТа КаРта (план) является картой изомощности
Опросов ЩИХ П0р0д’ что важно при решении ряда технологических
пРедпола' В Частности выяснения коэффициента вскрыши в случае
и Открытой разработки месторождения.
104
Kanibi изомошиости залежей. Иначе их называют картами изо-
Строятся аналогично картам изоглубин. Зная величины факти-
еской мощности, в точках наблюдения, путем интерполяции находят
положение изолиний с учетом выбора из сечения (рис. 5.16, а). При
необходимости предварительного сглаживания исходных данных
лучше использовать одну из компьютерных программ и получить
готовую карту- Еще правильнее построить несколько вариантов карт
(при разных режимах аппроксимации) и выбрать наиболее отвеча-
ющий задачам исследования.
Рис. 5.16 Примеры карт грснда мощности рудного тела (л)
и содержания полезного компонента (б).
^Алин lte указана в метрах, содержание в граммах на гонт
мирные точки - сеть разве точных скважин
ю
Карты параметров качества. Это весьма широкий -
планов разного масштаба, на которых отображаются СС Карг и
личных свойств залежей полезных ископаемых, в час П°Казатели Раз-
ния полезных или вредных компонентов, физико-мсха™^™ С°лержа'
теристик руд и вмещающих пород и др. НаибольшиТ'^™*
интерес представляют карты содержания pvn.,.,* 1^ктичеСкий
(рис. 5.16, б}. Поскольку этот параметр отличается как поакиТ0"6”™
тельной изменчивостью, то в таких случаях чаще приходи™ НЙЧИ'
дить сглаживание наблюдаемых значений по площади и полк^ð°‘
как было указано выше, соответствующими программами. КаА~‘
ства позволяют наглядно и по возможности точно отразить Л
размеры и положение на площади, в частности, зон повышенных^™
пониженных) концентраций металлов. '
Заключение
Элементы геологической документации горных выработок начали
применяться еще первыми поколениями рудознатцев. В настоящее
время это важнейшая составляющая геологоразведочного процесса.
Она будет существовать до тех пор, пока земные недра будут нужны
человеку.
Способы документации горных выработок и буровых скважин
развиваются во времени, появляются новые разработки. Особенно это
относится к области каротажа скважин. Стали широко использоваться
машинные способы обработки крупных массивов исходной первичной
геолого-геофизической информации.
Уже сравнительно давно формируются банки материалов доку-
ментации поисково-разведочных выработок. Однако здесь еще необхо-
димы дальнейшие усилия по созданию единой, унифицированной сис-
темы учета данных.
Непременным условием высокого качества первичной геологиче-
ской документации было и остается профессиональное и ответственное
отношение персонала поисковых и разведочных партий к этой работе.
Рекомендуемая литература
1. Альбов М. Н. Опробование месторождений полечив
мык. 5-е изд. М.: Недра, 1975. П°“1х ис™-
2. Баделин А. В., Безгубое С. Н. Использование приемника Garmin
GPS-12 в геологических и геофизических исследованиях. СПК - и
С.-Петерб. ун-та, 2004. ’ " зд'во
3. Бакиров Э. А., Бакиров А. А. Теоретические основы и методы
поисков и разведки скоплений нефти и газа. М.: Высшая школа, 1987
4. Вочарович А. Г.. Гудков А. Н. Фотодокументация керна на руд-
ных месторождениях // Разведка и охрана недр. 1977. № 5. С 53- 56 ^
5. Волков В. Н. Введение в разведку полезных ископаемых: Учеб
пособие. Л.: Изд-во НИИ земной коры С.-Петерб. ун-та, 2006.
6. Геометризация месторождений полезных ископаемых / Ред
В. А. Букринский, Ю. В. Коробченко. М.: Недра, 1977.
7. Горбачев Ю. И. Геофизические исследования скважин: Учеб-
ник. М.: Недра, 1990.
8. Девис Дж. С. Статистический анализ данных в геологии: В 2 кн. /
Пер. с англ.; Под ред. Д. А. Родионова. М.: Недра, 1990.
9 Инструкция по отбору, документации, обработке, хранению,
сокращению и ликвидации керна скважин колонкового разведочного
бурения. М.: Недра, 1973.
10. Каждая А. Б. Поиски и разведка месторождений полезных ис-
копаемых: Учебник. М.: Недра, 1984.
11. Кчер В. Р. Изучение и геолого-экономическая оценка качества
углей при геологоразведочных работах. М.: Недра, 1975.
12. Крейтер В. М. Поиски и разведка месторождений полезных
ископаемых: Учебник. 3-е изд. М.: Недра, 1969.
13. Кузьмин В. И. Построение геологических разрезов и гипсомет-
рических планов пластов. М.: Недра, 1987.
14. Лапшин П. С. Испытания пластов в процессе бурения. М.. Не-
дра, 1974.
15. Мартынов В. Т.. Воларович А. Г. Геологическая фотодокумен
тация подземных горных выработок рудных месторождений. М.. е
лра, 1969.
16. Мейер В. А. Геофизические исследования скважин. Л.. Изд во
Ленингр. ун-та, 1981.
17. Мейер В. А., Иванюкович Г. А. Рентгено-радиометричес
тоды управления качеством руд. Л.: Изд-во Ленингр. ун та>
113
18 Методическое пособие по геологической съемке масштаб,
'„О Вып 14 Геологическая документация при геологосъемочны
’ поисковых работах /А. И. Бурдэ, А. А. Высоцкий, А. Н. Олейников и
лп Л ' Недра. 1984.
19 Миччев М. Цифровые фотоаппараты. СПб.: Питер, 2003.
2о' Мстиславская Л. П., Павлинич М. Ф„ Филиппов В. П. Основы
нефтегазового производства: Учеб, пособие. М.: Изд-во «Нефть и газ»
Рос. гос. ун-та нефти и газа, 2003.
21. Мягков В. Ф., Бабочкин А. М., Бугаев А. И. и др. Рудничная
геология. М.: Недра, 1986.
22. Поиски и разведка месторождений минерального сырья
для промышленности строительных материалов / В. М. Борзунов,
М. Б. Григорович, Л. М. Гроховский и др. М.: Недра, 1977.
23. Полевая геология: Справочное руководство: В 2 кн. / Ред.
В. В. Лавров, А. С. Кумпан. Л.: Недра. 1989.
24. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых / Ред.
Е. О. Погребицкий. М.: Недра, 1977.
25. Поротов Г. С. Разведка и геолого-экономическая оценка ме-
сторождений полезных ископаемых: Учебник. СПб.: Изд-во С.-Петерб.
горн, ин-та, 2004.
26. Правила безопасности при геологоразведочных работах. М.:
Недра, 1979.
27. Рыжов П. А. Геометрия недр. М.: Недра, 1964.
28. Серапинас Б. Б. Спутниковое позиционирование: Учеб, посо-
бие. М.: Изд-во Моск, ун-та, 1998.
29. Тар^утов Р. А., Шустерман А. С. Геологическая фотодоку-
ментация горных выработок. М.: Недра, 1984.
30. Ушаков И. Н. Горная геометрия. М.: Недра. 1979.
’ Четвериков Л. И. Теоретические основы моделирования тел
1980Д ,Х П0Лезных ИСК(,,|аемых. Воронеж: Изд-во Воронежск. ун-та.
пооол и Четвериков Л. И. Методологические основы опробования
пород и руд. Воронеж: Изд-во Воронежск. ун-та, 1980.
Предисловие..............................
Глава 1. Основные виды поисково-разведочных выработок. 4
Назначение....................................
Буровые скважины..............................
Горные выработки................................ $
Сравнительные особенности....................... 6
Геофизические методы............................ g
Глава 2. Первичная геологическая документация.......... jp
2.1. Исходные понятия......................... .....
Цель, содержание, масштабы....................
Местонахождение (привязка) выработок..........
Требования к документации...................... 12
2.2. Горные выработки............................. 13
Канавы .......................................
Шурфы........................................ Р
Подземные выработки...........................
2.3. Буровые скважины........................... 20
Положение ствола скважины ....................
Инклинометрия скважин ............ ... 21
Документация колонковых скважин................ 27
Особенности документации глубоких скважин ..- 30
Другие виды бурения........................ - 33
2.4. Фотогеологическая документация... . ........ 34
Общие сведения................. ..............
Съемка подземных горных выработок.....
Фото документация керна скважин . ........ 37
Геологическое дешифрирование снимков .... ....
2.5. Текстовой материал документации................ 38
Глава 3. Условия залегания и мощность залежей полезных
ископаемых.................. ...... ..................
3-1. Основные параметры, способы определения.......
3-2. Горные выработки.................... .........
Канавы ..........................
115
Шурфы прямоугольного сечения..................... 49
Подземные горные выработки..................... 51
Общее решение задачи............................. 53
Дополнительные элементы залегания................ 56
3.3. Буровые скважины................................. 57
Вертикальная скважина..........................
Скважина, наклонная в плоскости падения.......... 58
Задача о трех вертикальных скважинах............. 59
Элементы залегания в одной скважине.............. 62
Произвольно ориентированная скважина...........
Параметры залегания скоплений нефти и газа..... 64
Глава 4. Отбор проб....................................... 67
4.1. Общие сведения................................. -
Значение, виды опробования.....................
Понятие пробы (замера).................... ....
Операции опробования............................. 68
Геометрия проб................................... 69
Достоверность и представительность проб.......... 72
Схема разделения способов......................
4.2. Горные выработки................................. 73
Штуфной способ......... . .....................
Бороздовый способ...........................
Шпуровой способ................................. 76
Задирковый способ.............................
Составной точечный способ....................... 77
Валовый способ................................
Частота отбора проб...........................
Особенности опробования россыпей................ 78
4.3. Буровые скважины......................
Скважины колонкового бурения...... —
Скважины глубокого нефтяного бурения............ 80
. Скважины других видов бурения..................... 83
.4. Опробование без отбора проб...
Глава 5 Сводная геологическая документация.............. 87
1 - Исходные сведения
Задачи.............
Системы расположения выработок... . ....
116
5.2. Построение традиционных разрезов и карт
5.3. Условия геометризации свойств залежей.
Элементы неоднородности .................
Сглаживание данных.........
Статистические способы...................
5.4. Построение карт (планов) с помощью изолиний. 104
Основы построения........................
Гипсометричсские карты (планы)........... ।
Карты изоглубин................. .. 1
Карты изомошностн залежи ..... НО
Карты параметров качества........... । [ ।
Заключение............................................. U2
Рекомендуемая литература............................. । 13