Геолого – разведочные работы, поиск и разведка МПИ
Нефть и газ.
Нефть – горючая маслянистая жидкость, состоящая из смеси жидких и газообразных углеводородов.
Углеводороды – это класс химических соединений, состоящих из 2-х элементов: углерода и водорода.
В состав нефтей входят три группы углеводородов: метановые, нафтеновые и ароматические.
Хим. состав нефти в среднем:
С – 82-87 %
Н – 11-14 %
O, S, P - около 1 %.
Уд. вес от 0,75 до 1,0, чаще 0,78-0,94. Цвет от белого до черного.
Природный газ газовых месторождений состоит их метана CH4 (более 90 %, до 98-99 %) и его гомологов (этан С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). В состав природного газа входит также азот и углекислый газ.
Газ может содержаться в нефти в растворенном состоянии, в свободном состоянии и находится над нефтью в виде т.н. «газовой шапки» или образовывать самостоятельные газовые месторождения.
Чем выше давление в пласте тем больше он может содержать высококипящих углеводородов. При давлении 250 ат в залежи могут быть углеводороды, кипящие до 300°С, при 400 ат - кипящие до 400°С. По объему их до 3-5 %, по весу их содержание до 25 %. Такие залежи называются газоконденсатными.
На происхождение нефти и газа существуют различные взгляды, которые можно разделить на:
1. Органическое (биогенное ) происхождение;
2. Неорганическое.
Неорганическое предполагает образование нефти и газа из химических элементов в недрах Земли с последующим подъемом в верхние зоны – взаимодействие воды и карбида железа (Д.И. Менделеев), поступление углеводородных газов из магматических очагов (Мак Дермот, США; П.Н. Кропоткин, И. А. Кудрявцев, СССР) или конденсация из газовой оболочки Земли, когда она была в огненно – жидком состоянии и концентрация в верхних горизонтах.
Органическая гипотеза предусматривает образование углеводородов как продукт распада органических веществ растительного происхождения и (или) животного происхождения.
Последняя является наиболее распространенной. В общем виде считается, что нефть и газ образуются в нефтепроизводящих (материнских породах), мигрируют и образуют месторождения в нефтегазоносных породах, способных аккумулировать жидкие и газообразные углеводороды.
Итак, для образования залежи необходимо наличие коллектора, т.е. породы с соответствующими коллекторскими свойствами (пористость, проницаемость), который будучи перекрыт слабопроницаемыми породами (покрышкой или экраном) образует природный резервуар нефти и (или) газа.
Нефтегазоносными породами (коллекторами) являются пески, песчаники, трещиноватые и кавернозные карбонатные породы. Реже трещиноватые магматические.
Помимо литологического фактора, т.е. наличие коллектора, в формировании нефтегазовых месторождений играет тектоника, которая определяет пути миграции углеводородов и создает формы, пригодные для их скопления.
Нефтяные и газовые МПИ чаще всего приурочены у антиклинальным структурам, их сводовым частям; соляным структурам; случаи, когда пористые породы фациально выклиниваются, или секутся тектонически поверхностью непроницаемых пород (экранами).
Геолого – разведочные работы, поиск и разведка МПИ.
ГРР проводятся с целью выявления, изучения и промышленной оценки МПИ.
ГРР разделяются на три основных этапа: региональная геологическая съемка, поиски МПИ, разведка МПИ.
Региональная геологическая съемка – основная задача выявления перспективных площадей, заслуживающих внимания для более детальных съемочных и поисковых работ.
Проводится путем геологического картирования и составления геологических карт масштабов 1:1 000 000 – 1:500 000; 1: 200 000 – 1:100 000; 1:50 000 – 1: 25 000.
Основные задачи геологосъемочных работ заключаются в:
1. выяснение геологического строения территории;
2. изучение условий нахождения полезных ископаемых;
3. установление поисковых критериев и признаков4
4. обнаружение месторождений и др. проявлений полезных ископаемых;
5. выделение и выбор участков для постановки поисковых работ.
Поисковые работы (поиски МПИ) – выявление МПИ в пределах площадей, где была установлена возможность обнаружения ПИ или их прямых поисковых признаков (категории Р1 + Р2) и оценка возможного промышленного значения выявленных МПИ (С2 + Р1).
I. Поиски в масштабах 1: 50 000 – 1: 10 000 (поисковые).
II. 1: 25 000 – 1: 1 000 (поисково - оценочные).
I – я стадия – цель обнаружения ПИ, а также признаков, указывающих на возможность нахождения их на глубине, геологически обоснованная оценка перспектив исследованной площади в целом и по отдельным видам ПИ, оценка прогнозных запасов ПИ и выделение объектов для постановки разведочных работ.
I I – я стадия – выбор месторождений для разведки и отбраковка тех проявлений ПИ, которые не имеют промышленной ценности.
Поисковые признаки – факты, свидетельствующие о наличии в определенном районе полезной минерализации.
Бывают прямые и косвенные.
К поисковым геологическим признакам относятся первичные и вторичные ореолы рассеяния вмещающих пород, рудных минералов, их элементов.
Первичные ореолы рассеяния –совокупность околорудных изменений и накопления в рудовмещающих породах, связанных с концентрацией полезных элементов в процессе эндогенной и экзогенной минерализации. Наряду с основными рудными элементами в ореолах проявляются различные элементы – спутники (индикаторы оруденения) (обычно в силикатах, сульфидах, карбонатах).
Вторичные ореолы образуются в эндогенных условиях в результате выветривания (физического, химического, биогенного) - породы разрушаются и мигрируют, в основном в растворенном виде, различными путями: поверхностные и грунтовые потоки, по трещинам и порам в горные породы, в ткани растений.
Поисковые критерии – это такие геологические факты, которые прямо или косвенно указывают на возможность обнаружения в тех или иных условиях различных полезных ископаемых.
Различают критерии:
1. Стратиграфические (многие МПИ приурочены к отложениям строго определенного возраста и не встречаются или редки в отложениях другого возраста).
2. Фациально – литологические (разнообразные фации и формации горных пород характеризуются отложениями определенного литологического состава).
3. Структурные (структуры оказывают влияние на размещение, локализацию и форму гипогенных месторождений. Локализация металлогенических провинций связана с различными структурно – фациальными зонами). Рудные поля чаще вытянуты согласно с простиранием основных структур.
4. Магматогенные – все прямые и косвенные факты, указывающие на взаимосвязь интрузивных пород и гипогенных месторождений.
5. Метаморфогенные (изменение вмещающих пород) – серпентинизация, лиственитизация, карбонатизация, хлоритизация, пропилитизация, грейзенизация, турмалинизация, березитизация, серицитизация, вторичные кварциты, колинизация, окварцевание, алунитизация, скарны, баритизация, доломитизация.
6. Геохимические – многие элементы, давая повышенные содержания в различных породах, образуют обычно в тех же породах данного района месторождения соответствующих элементов или минералов.
7. Геморфологические – с определенными формами современного рельефа могут быть связаны определенные МПИ. В отношении рельефа все МПИ делятся на:
1) формирующиеся в связи с образованием рельефа, т.е. все экзогенные МПИ;
2) формирующиеся вне связи с рельефом.
8. Гидрогеологические критерии – прямые и косвенные факторы присутствия ПИ, котрые можно получить, изучая динамику (пути движения) и состав подземных вод.
9. Геофизические критерии – физические свойства горных пород, которые могут быть связаны с определенными ПИ.
10. Климатические (палеоклиматические) – с определенными климатическими условиями могут быть связаны свои ПИ. Гумидный – торф, уголь; кора выветривания – бокситы. Аридный – соли, гипс, бораты.
Методы поисков:
1. Наземные геолого – минералогические (обломочно – речной, валунно – ледниковый, шлиховой). Сущность, выявление и прослеживание ПИ в обломках или гальке, соответственно по течению рек, среди ледниковых отложений и по шлиховым пробам.
2. Аэрогеологические – аэровизуальные наблюдения и аэрофотосъемка с последующим дешифрированием. Космическая съемка (из космоса).
3. Геофизические методы: съемка магнитная, электрометрическая, гравиметрическая, сейсмометрическая, радиоактивные методы.
4. Геохимические: литогеохимическая (металлометрическая), гидрогеохимическая, эманационная, биогеохимическая, геоботаническая съемки.
Разведка МПИ – комплекс работ, направленных на выявление промышленных объектов и получения данных, необходимых для проектирования, подготовки (строительство горнорудного предприятия) и проведению эксплуатационных работ, в целях наиболее оптимального и эффективного использования минерального сырья.
Задачи разведки:
1. Уточнение структуры месторождения, формы и условий залегания тел ПИ;
2. Подсчет запасов месторождения;
3. Уточнение качества ПИ и его технологических свойств;
4. Определение горнотехнических, гидрогеологичесикх и др. особенностей месторождения;
Разведка в процессе добычи ПИ, которая сопровождает разработку МПИ (эксплуатационная разведка):
1. Уточнение контуров тел ПИ, горно-технических условий и запасов для обеспечения фронта работ по добыче, рационального планирования и проектирования подготовительных и очистных выработок;
2. Систематический учет добытого и оставшегося ПИ;
3. Определение потерь и разубоживания ПИ и контроль за качеством добытого ПИ.
Основные принципы разведки:
1) Принципы полноты исследований – заключается в необходимости полного и всестороннего изучения месторождения, включает в себя требования:
1. обязательность оконтуривания всего МПИ и всех тел ПИ.
2. полное пересечение тела ПИ или рудной зоны разведочными выработками.
3. полное изучение качества основного ПИ и сопутствующих компонентов.
4. использование всех данных горных и буровых работ для выяснения особенностей месторождения (гидрогеологических, инж.-геологических, горно-технических).
2) Принципы последовательных приближений.
Смысл в наращивании знаний о МПИ по определенным этапам, т.е. в стадийности процесса разведки (укрупнение масштаба съемки, сгущение разведочной сети).
3) Принципы равномерности (равной достоверности) – включает:
1. равномерная сеть на участках, находящихся на одной и той же стадии разведки.
2. равномерное распределение пунктов опробования в пределах разведочной выработки.
3. применение технических средств, дающих соизмеримые результаты.
4) Принципы наименьших трудовых и материальных затрат – объемы всех видов исследований должны быть минимальными, но при этом достаточными для решения задач разведки.
Выяснить форму, внутреннее строение и условия залегания МПИ в целом и его рудных тел, позволяют разведочные геологические разрезы.
Разрезы бывают горизонтальные и вертикальные. Иногда используются системы гориз и верт. разрезов (трубы, вытянутые штоки). Разрезы составляются по данным буровых скважин, проходки горных выработок, геофизических исследований.
Ориентировка разрезов должна подчиняться следующим положениям:
1) разрезы (и соответственно разведочные выработки) должны быть ориентированы по линиям максимальной изменчивости свойств тела ПИ, чтобы по ним были достаточно отчетливо видны форма, элементы залегания и внутреннее строение тела ПИ, а также соотношение его с вмещающими породами;
2) плоскости разведочных разрезов ориентируются поперек наиболее длинного размера тела ПИ.
Для создания разрезов необходимо, чтобы разведочные выработки располагались на линиях – разведочные линии.
Разведочные линии бывают параллельные и разноориентированные: обычно их проходят вкрест простирания продуктивных свит, рудных зон и отдельных рудных тел. При резком изменении простирания ориентировку разведочных линий соответственно меняют.
Пересечение разведочных линий образует разведочную сеть. Сети бывают:
1. Квадратная (для пластовых МПИ, близких к горизонтальным и штокверков);
2. прямоугольная (для разведки тел с различной степенью изменчивости в 2-х главных направлениях. Длинная сторона прямоугольника при этом должна быть ориентирована в направлении наименьшей изменчивости тела, а короткая - наибольшей).
3. Ромбическая (для промежуточных условий).
Технические способы поисков и разведки МПИ.
1. Бурение скважин (вертикальные, наклонные, горизонтальные).
2. Горно-разведочные выработки (закопушки, расчистки, канавы, шурфы, штольни, разведочные шахты, штреки и квершлаги, гезенки).
3. Геофизические методы (гравиметрия, магнитометрия, электрометрия, сейсмометрия, радиоактивные методы) наземные и в скважинах ГИС (каротаж).
Кондиции на минеральное сырье представляют собой совокупность требований к качеству полезных ископаемых в недрах и к горно-геологическим условиям, соблюдение которых при оконтуривании и подсчете запасов позволяет правильно разделить запасы ПИ по их экономическому значению на балансовые и забалансовые.
Балансовые запасы – запасы, использование которых экономически целесообразно и которые должны удовлетворять кондициям, устанавливаемым для подсчета запасов.
Забалансовые запасы – использование которых в данный момент экономически нецелесообразно вследствие малого количества, малой мощности, низкого содержания ценных компонентов, необходимости применения очень сложных процессов переработки, особой сложности условий эксплуатации, но которые в перспективе могут быть объектом промышленного освоения.
В зависимости от степени разведанности МПИ, изученности качества сырья и горно-технических условий разработки, запасы подразделяются на 4 категории – А, В, С1, С2.
А – запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей полное выяснение условий залегания, формы и строения тел ПИ; полное выявление природных типов и сортов сырья; их соотношение и пространственного положения; выделение и оконтуривание безрудных и некондиционных участков внутри тел ПИ; полное выяснение качества, технологических св-в ПИ и природных факторов (гидрогеол., инж. - геол. и т.д.); определяющих условия ведения горно – эксплуатационных работ. Контур запасов ПИ определен скважинами или горными выработками.
В– запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выяснение основных особенностей условий залегания, формы и характера строения тел ПИ; выявление природных типов и промышленных сортов минерального сырья и закономерности их распределения без точного отображения пространственного положения каждого типа; выяснение соотношения и характера безрудных и некондиционных участков внутри тел ПИ без точного их оконтуривания; выяснение качества, основных технологических свойств ПИ и основных природных факторов, определяющих условия ведения горно – эксплуатационных работ. Контур запасов ПИ определен с включением, при устойчивой мощности и выдержанном качестве ПИ, ограниченной зоны экстраполяции.
С1 - запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах условий залегания, формы и строения тел ПИ, его природных типов, промышленных сортов, а также природных факторов, определяющих условия ведения горно-эксплуатационных работ. Контур запасов ПИ определен на основании разведочных выработок и экстраполяции по геологическим и геофизическим данным.
С2 – запасы предварительно оцененные; условия залегания, форма и распространение тел ПИ определен на основании геол. и геоф. данных, подтвержденных вскрытием ПИ в отдельных точках, либо по аналогии с изученными участками. Качество ПИ определено по единичным пробам и образцам или по данным примыкающих разведанных участков. Контур запасов ПИ принят в пределах геологически благоприятных структур и комплексов горных пород.
Для отдельных групп МПИ, в зависимости от их степени сложности, устанавливается различное соотношение запасов указанных категорий.
Группа 1 МПИ простого строения с выдержанной мощностью тел ПИ и равномерным распределение полезных компонентов – А + В не менее 30 %, в т.ч. А не менее 10 %.
Группа 2 МПИ сложного строения с выдержанной мощностью тел ПИ или неравномерным распределением ПИ, на которых выявление запасов категории А нецелесообразно – В не менее 20 %.
Группа 3 МПИ очень сложного строения с резко изменчивой мощностью тел ПИ или исключительно невыдержанным содержанием ПИ. В – нецелесообразно. Всё по С1.
Для угля А + В не менее 50 %, в т.ч. А – не менее 20 %.
Подсчет запасов ПИ.
Общая формула подсчета запасов имеет вид:
Q = S m ү c,
Где S - площадь залежи, м2
m – мощность залежи, м
ү - объемная плотность кг/м3
c - содержание полезного компонента в рудной массе.
Нормальная мощность тела полезного ископаемого
m = l cos ά,
где l – вертикальная мощность по выработке;
ά – угол падения залежи.
По наклонным скважинам;
m = l cos ά (ά - β)?
где β –зенитный угол скважины.
1. Способ среднего арифметического.
Сложный контур рудного тела приводится к равновеликой фигуре, имеющей форму пластины, площадь которой равна площади рудного тела, мощность (толщина) соответствует средней мощности, вычисленной по всем разведочным выработкам.
Средняя мощность рудного тела и среднее содержание полезного компонента определяются как среднее арифметическое из данных, полученных по всем выработкам в пределах внутреннего контура.
Применяется при незначительных колебаниях мощности рудного тела.
2. Способ геологических блоков.
Площадь тела ПИ разделяется на отдельные участки – блоки и как бы преобразовывается в ряд сомкнутых фигур, высота которых равняется средней мощности тела ПИ в каждом блоке. Подсчет запасов в пределах блоков ведется по способу среднего арифметического.
Общие запасы получают суммированием запасов по отдельным блокам.
3. Способ эксплуатационных блоков.
Применяется, когда разведочные выработки уже очерчивают
контуры отдельных эксплуатационных блоков (участков) с 3-х или 4-х
сторон. В целом способ аналогичен способу геологических блоков.
4. Способ параллельных разрезов (вертикальных).
По параллельным разведочным линиям строятся геологические разрезы
И по каждому разрезу сечение (площадь) залежи ПИ. Затем определяется
Объем залежи между каждыми 2-мя смежными линиями.
где S – площади залежи по разрезам,
l – расстояние между разведочными линиями.
Произведение объема на объемную плотность и содержание компонента дает запасы между разведочными линиями. Сумма этих запасов составит общие запасы залежи на площади разведки.
Способ применяется при большей и вместе с тем изменчивой мощности залежи и при параллельном расположении разведочных линий.
5. Способ горизонтальных параллельных разрезов.
Аналогичен способу 4, но сечение дается по горизонтам
(погоризонтные планы), а длина l берется равной расстоянию между горизонтами (h).
Прочие способы подсчета запасов:
- статистический;
- ближайшего района;
- треугольников, (аналогичен 2);
- многоугольников;
- способ изолиний;
- способ изогипс.