Комплекс ГИС при поисках медно-никелевых месторождений

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО "Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова"

Геологоразведочный факультет

Кафедра геофизических  методов и ПРМПИ

 Курсовая работа по дисциплине: « Геофизические исследования скважин»

на тему: "Комплекс ГИС при поисках медно-никелевых месторождений"

  Выполнил: ст. гр. ГФ-09

                                                                                         Лазарев Н.М.

                                                                                         Проверил:  доцент Соловьев Е.Э.                                                                                

                                                  Якутск-2014 г.                                                                                                           

Глава 1. Анализ месторождения меди и никеля.

Медно-никелевые  сульфидные месторождения связаны с двумя основными геотектоническими обстановками: областями тектономагматической активизации и зеленокаменными поясами докембрия. Основными рудными минералами являются: пирротин, пентландит и халькопирит.

В областях тектономагматической активизации месторождения встречаются  в трех тектонических позициях: 1) в зонах глубинных докембрийских  расколов                            2) в континентальных докембрийских рифтовых зонах (Дулутский тип), 3) в мезозойских континентальных рифтовых зонах (Норильско-Талнахский тип). Два последних типа связаны с габбро-долеритовыми интрузиями, ассоциирующими с платформенными платобазальтами.

Тип Садбери представлен уникальным рудным объектом. О происхождении которого уже более 50 лет ведутся жаркие споры. Доминируют две гипотезы. Согласно одной месторождение приурочено к докембрийской кальдере, расположенной на глубинном расколе, по другой – рудоносная магма внедрилась также в древний раскол, но образованный экзотическим способом – упавшим огромным метеоритом. В любом случае на Канадском щите среди метаморфизованных вулканогенно-осадочных пород гуронской серии на площади 60×20 км располагается лополито-образный никеленосный габбро-норитовый плутон. Он отличается от других рудоносных массивов отсутствием циклических образований и минеральной расслоенности и высоким содержанием кварца.

Дулутский тип характерен для интрузивных комплексов, ассоциирующих с протерозойскими платобазальтами и приуроченными ко внутриконтинентальным рифтовым структурам. На типичном Дулутском месторождении комплексные интрузивы залегают в платобазальтах оз. Верхнего. Оруденение наиболее тесно связано с норитами, в меньшей степени с троктолитами и редко с дунитами и перидотитами. Судя по изотопным данным серы сульфидов (s³⁴S = 18‰) более 75% ее было получено путем контаминации осадочных пород. Предполагают, что магма, обогащенная оливином и сульфидами, образовала сульфидоносную зону в дунитах. В результате последовавшей дифференциации возникли циклические триады: перидотит-троктолит-анортозит. Сульфидные залежи накапливались в основании перидотитовых членов.

Норильско-Талнахский тип связан с мезозойскими траппами. Уникальный Норильско-Талнахский рудно-магматический центр расположен на северо-западе Сибирской платформы и тесно связан с минерализованными триасовыми гипабиссальными силлами. Интрузии контролировались крупным разломом, имеют зональное строение и сложены в основании пикритами и пикритовыми долеритами, а в кровле фельзитовыми разностями. В лежачем боку силлов выделяются горизонты сплошных руд, с которыми ассоциирует наиболее богатая медно-никель-платиновая минерализация.

В кровле интрузивов развиты  вкрапленные руды, а в подошве  во вмещающих породах - прожилково-вкрапленные. Согласно существующей генетической модели базальтовые магмы, пересекая осадочный  чехол, ассимилировали серу и СаО из эвапоритов. Сера из сульфатной восстанавливалась до сульфидной. Сульфиды в форме капелек собирали, рассеянные в расплаве никель, медь и элементы платиновой группы. Этому процессу способствовал содержащийся в расплаве углерод, захваченный магмой из карбоновых угленосных горизонтов.

В докембрийских зеленокаменных поясах развито два рудномагматических типа месторождений – толеитовый и коматиитовый.

Толеитовый тип локализуется в раннепротерозойских вулканогенно-осадочных мобильных прогибах. К наиболее известным месторождениям этого типа относятся Печенга на Кольском полуострове и Линк-Лейк в Канаде. Печенгский рудный район приурочен к мощной многофазовой вулканогенной серии. После проявления четвертой заключительной фазы основного вулканизма протекали процессы складкообразования и происходило внедрение базитов и гипербазитов в осадочные горизонты, разделяющие третью и четвертую вулканические толщи. Возникшие силлы имеют три слоя: базальный перидотит-пироксенит-габбро. Сульфидные залежи связаны с перидотитами и серпентинитами и развиты преимущественно в синклинальных прогибах. Помимо магматических встречаются тектонически ремобилизованные прожилково-вкрапленные руды. В рудном районе известно три типа рудных тел: 1) сплошные в подошве интрузий в перидотитах, сменяющиеся в направлении кровли вкрапленными, 2) брекчиевые в тектонических зонах, 3) прожилки во вмещающих тектонических сланцах. Первые два типа обогащены никелем Сu/ (Cu+Ni)=0,28, а третий им обеднен Cu/(Cu+ Ni)=0,51.

Коматиитовый тип связан с архейскими зеленокаменными поясами. По глубинам формирования и фациальному составу рудовмещающих магматических пород выделяют три группы месторождений: вулканогенные, субвулканические и плутоногенные.

Для вулканогенных месторождений  характерны невысокие общие запасы руд (около 5 млн т), но повышенные концентрации никеля (1,5–3,5%). Предполагают, что ликвация магмы на сульфидный и силикатный расплавы произошла еще в мантии. В дальнейшем оба расплава в форме механической смеси совместно перемещались вплоть до излияния лав и кристаллизации руд в понижениях подошвы потоков.

Субвулканическая группа широко распространена в зелено-каменных протерозойских поясах в районе Манитоба (Канада), в никеленосных провинциях Западной Австралии и Южной Африки. Повсеместно руды располагаются в основании линз перидотитов. До 80% запасов, а они составляют 40–50 млн т, приходится на рудные штокверки. Содержание никеля колеблется в пределах 1,5–2,5%.

Плутоногенная группа так же как и субвулканическая характерна для протерозойских поясов. Наиболее известно месторождение Сикс-Майл в Западной Австралии. В этой группе оруденение имеет вкрапленный характер и обычно концентрируется в дунитовом ядре ультраосновных массивов, имеющих перидотитовую оболочку. Запасы руд составляют сотни миллионов тонн при низком (0,6%) содержании никеля.

Анализ рудной минерализации  ликвационных медно-никелевых месторождений показал, что оруденение в основных породах более обогащено медью, а в ультраосновных – никелем. В вертикальном разрезе рудных залежей наблюдается увеличение к подошве содержания Сu, Pt, Pd, Аu и понижение Со, Ir и Os .

Существует пять гипотез  генезиса данных месторождений: 1) ликвационное расслоение магмы на глубине и затем послойные инъекции; 2) ликвация или кристаллизационная дифференциация магмы на глубине и последующее одноактное внедрение таких гетерогенных расплавов; 3) ликвация или дифференциация магмы на месте становления массивов; 4) постмагматическое метасоматическое происхождение полосчатых рудоносных массивов; 5) магматическое замещение слоистых эффузивно-осадочных толщ. Наиболее распространенными являются первые три гипотезы, остальные, вероятно, могут проявляться в особых геологических ситуациях.

В заключительную стадию эволюции расплавная сульфидная система переходит  в гидротермальное окончание  с образованием вторичных фаз  – миллерита, пирита, халькопирита, пирротина, борнита, халькозина, ковеллина. Таким образом, на Норильском месторождении возникли уникальные миллеритовые руды.

Талнахское и Октябрьское месторождения.

Талнахское и Октябрьское месторождения медно-никелевых руд в административном отношении относятся к Таймырскому национальному округу Красноярского края. Ближайшими населенными пунктами являются города Талнах, Норильск и поселок Оганер, с которыми рудник “Комсомольский” соединен железной и шоссейной дорогами. Связь с остальной территорией страны осуществляется по реке Енисей и Северному морскому пути, а также воздушными сообщениями.

Октябрьское месторождение  приурочено к южной окраине Хараелахского плато, в пределах месторождения выделяется горная часть с отметками выше равнины до 500м и равнинная. Речная сеть представлена реками Талнах, Хараелах, Тамулах и Листвянка, которые в зимнее время промерзают. Из озер следует отметить Хараелах, Сапог, Лесное и др.

Климат субарктический, континентальный.

Среднегодовая температура  –8,3… -8,6°С, значительную часть года дуют сильные ветры с повышением до 25-40 м/сек. Для района характерна многолетняя мерзлота. Максимальная мощность мерзлых пород 300-500м, среднегодовая температура пород достигает –7… -9°С, на пологих склонах мощность мерзлых пород снижается и составляет 75-100м при температуре –1… -3°С.

Руды Талнахского и октябрьского месторождений комплексные, из них извлекают: медь, никель, кобальт/, металлы платиновой группы; золото, серебро, а также селен, теллур, рутений и серу.

Глава 2. Геологическое строение Талнахского и Октябрьского месторождений.

Талнахское рудное поле, в пределах которого расположены Талнахское и Октябрьское месторождения, приурочено к северо-западному окончанию Сибирской платформы. Все медно-никелевые месторождения Талнахского рудного поля пространственно и генетически связаны с полнодифференцированными интрузивами базит-ультрабазитового состава. В тектоническом плане район месторождения приурочен к краевой юго-западной части Хараелахской трапповой мульды на месте ее пересечения зоной Норильско-Хараелахского разлома. Месторождения генетически и пространственно связаны со сложным по форме крупным дифференцированным интрузивом основного состава.

Талнахский рудоносный интрузив в поле рудника разделен на северо-западную и северо-восточную ветви субмеридиональным Норильско-Хараелахским разломом. К северо-западной ветви приурочено Талнахское месторождение, к северо-восточной ветви – Октябрьское месторождение.

2.1. Изверженные горные породы района месторождения

Промышленный интерес  представляет Талнахская интрузия Талнахского рудного поля. Октябрьское месторождение приурочено к северо-западной ветви названного массива. Массив имеет общее субмеридиональное погружение под углом 5-15°. Центральная часть массива прогнута, а боковые части приподняты. В продольном сечении форма массива пластообразная. Длина интрузии до 10 км, ширина – 1-1,5 км, мощность до 200-250 м. Горизонтом локализации интрузива являются ангидрито-мергелитовые породы нижнего и среднего девона.

Талнахский интрузив в поперечном сечении имеет корытообразную форму. Интрузив представляет собой расслоение магматических тел с закономерным чередованием горизонтов (сверху вниз): эруптивные  брекчии и контаминанты, диориты, габ-бро-безоливиновые и оливинсодержащие габбро-долериты; существенно оливиновые породы – пикритовые, такситовые и контактовые габбро-долериты. Горизонты оливиновых пород характеризуются наличием промышленного вкрапленного оруденения. В придонной части интрузива располагаются тела в плане сплошных сульфидных руд. Контуры тел в плане повторяют контуры интрузивов и имеют пластообразную форму в разрезе.

К основным породообразующим минерала, слагающим интрузивный  массив, относятся оливин, авгит, плагиоклазы; к второстепенной группе минералов  относятся хромлипинелиды, магнетит, биотит, амфиболы; к вторичным – пренит, хлорит, кальцит и др.

2.2. Тектоника месторождения.

Главным структурным элементом  Талнахского рудного поля является зона Норильско-Хараелахского разлома. Зона разлом представляет собой грабено-породную структуру, проявившуюся серией сбросо-сдвиговых дислокаций.

Крупнейшим тектоническим  нарушением Октябрьского месторождения  является Горный сброс. Горный сброс  имеет субмеридиональное простирание плоскости сбрасывателя на восток под углами 70-85°, амплитуда смещения восточных блоков достигает от 40-80 до 90-100 м. Зона смещения крыльев колеблется в пределах         от 1-3 до 30 м. таким образом, зона развития оруденения характеризуется ступенчато-блоковым строением.

В плане наблюдается мозаично-блоковая структура. Ширина блоков по падению  колеблется от 8 м до 150-200м. Протяженность  блоков по простиранию 200-250м.

Следует отметить широкое  развитие трещин. Трещины крупные, открытые, с шероховатыми стенками, выполненные  кальцитом, апофиллитом, сульфидами, реже – примазками хлорита, серпектинита. Наблюдается неравномерное развитие трещин, которые сгущаются в зонах сбросо-сдвигов.

Глава.3. Анализ физических свойств.

Медно-никелевые сульфидные руды имеют повышенную плотность (до 4,5 г/см3), но формы локализации оруденения (жилы относительно малой мощности) неблагоприятны для применения гравиразведки. Сплошные и густовкрапленные руды обладают низким удельным электрическим сопротивлением (доли ом-метра) и высокой поляризуемостью. В целом удельное сопротивление медно-ннкелевых руд зависит от содержания хорошо проводящих минералов. Магнитная восприимчивость этих руд может достигать (1000—10 000) 10^-6.Гидросиликатные руды никеля практически не отличаются по физическим свойствам от вмещающих пород.

Породы и руды относительно хорошо дифференцированы по физическим свойствам. Массивные брекчированные руды имеют электронную проводимость и низкие значения у. э. с. (от 0,1 до 10 Ом-м), у вкрапленных руд оно может доходить до n*10-n*100 Ом-м. Поляризуемость руд n*10%. Интрузивные образо-  
вания ультраосновного и основного состава высокого сопротивления, у. э. с. соответственно 1000—5000, n*10000 Ом-м. Удельное электрическое сопротивление пород, вмещающих интрузивные массивы пород: филлиты и туффиты—n*10—n*100, гнейсы—(1/15)*10³, эффузивы—(5/20)*10², осадочные—(2/6)*10²Ом*м. Плотность массивных руд 4,0—4,45, основных изверженных пород и амфиболитов 2,78—3,07, ультраосновных пород 3,05—3,20, гнейсов и гранитов 2,60—2,86, осадочно-эффузивных образований 2,70—2,93 г/см³. Магнитная восприимчивость сульфидных руд (1250—12500) 10⁵ ед. СИ. Она обусловлена присутствием в рудах магнетита, пирротина и других ферромагнетиков. У интрузивных ультраосновных пород ᴂ колеблется в пределах (500/25000)*10^-5, у основных пород (125/2500)*10^-5 ед. СИ. Граниты, гнейсы, филлиты и туфы обладают невысокой магнитной восприимчивостью [(50/750) • 10-5 ед. СИ] или практически немагнитны. У магматических пород нередко проявлена остаточная намагниченность.Магнитная восприимчивость оруденелых горизонтов дифференцированных интрузий (пикритовых и такситовых разностей) 25*10^-3 ед. СИ, пределы изменений (1260—8800) •10^-5 ед. СИ, а контактных разностей габбро-диабазов, наиболее богатых сульфидами,— (250/1250) •10^-5 ед. СИ. Породы месторождений четко различаются и по скорости распространения упругих колебаний. В гранитах, гранодиаритах и гнейсах скорость 5500—6000, амфиболитов 6200—6500, в ультраосновных породах 6700—7000, у вмещающих их вулканитов 6100-6500, филлитов 6000 м/с.

3.1. Оптимальный  комплекс ГИС.

Комплекс  ГИС в поисково-разведочных скважинах, бурящихся на медные, медно-никелевые и медно-колчеданные руды:

- для выявления и прослеживания  в разрезах скважин рудных  горизонтов: электромагнитный каротаж  - ЭМК, метод электродных потенциалов  - МЭП, метод скользящих контактов  - МСК; 
 - для определения содержания меди: рентгенорадиометрический каротаж - РРК (основной), нейтронный активационный каротаж - НАК (вспомогательный); для раздельного определения содержания меди и никеля: спектрометрический гамма-каротаж - СНГК, для суммарного содержания меди, никеля и железа: селективный гамма-гамма-каротаж - ГГКС; 
 - для выделения и прослеживания зон сульфидной минерализации, электрохимической активности: электрические методы - КС, ПС; для изучения околорудного изменения пород, пористости, трещиноватости: акустический каротаж - АК; 
 - для определения плотности: плотностной гамма-гамма-каротаж - ГГКП.

Метод кажущихся  сопротивлений.

Скважинные исследования методом кажущихся сопротивлений (каротаж КС) основаны на расчленении  пород, окружающих скважину, по их удельному  электрическому сопротивлению (УЭС).

1. Зонды для работ методом КС. Простейшим зондом для измерения силы тока, проходящего в буровом растворе и окружающих скважину породах, служит одноэлектродный зонд. В этом виде исследований, называемом токовым каротажом, один электрод заземлен неподвижно, вблизи устья скважины, а второй - закреплен на кабеле (рис.1 а). В результате перемещения зонда по скважине регистрируется кривая изменения силы тока.

Рис.1. Различные зонды для электрического каротажа скважин: А, В - питающие электроды, Б - батарея или другой источник питания, R - реостат для регулировки силы тока, I - прибор, измеряющий силу тока, MN - приемные измерительные электроды,   - прибор для измерения (регистрации) разности потенциалов, О - точка записи, к которой относят результаты замеров; а - одноэлектродный зонд токового каротажа, б - трехэлектродный потенциал-зонд, в - трехэлектродный подошвенный (последовательный) градиент-зонд, г - трехэлектродный кровельный (обращенный) градиент-зонд.

Чаще всего  при работах методом КС используются трехэлектродные зонды, в которых три электрода располагаются в скважине (четвертый электрод заземляется на поверхности, вблизи от скважины). Трехэлектродный зонд, состоящий из одного питающего А и двух приемных M и N электродов, называется однополюсным. Трехэлектродный зонд, состоящий из одного приемного M и двух питающих А и В электродов, называется двухполюсным. В обоих случаях расчет КС (  ) ведется по формуле метода сопротивления (см. 7.1):  , где   - коэффициент, зависящий от расстояния между электродами в зонде; (   - разность потенциалов между приемными электродами M иN; I - сила тока в питающей цепи АВ).

В трехэлектродном зонде   или  , где AM, AN, MN, MB, NB - расстояния в метрах между соответствующими электродами.

Название  зонда складывается из обозначения  электродов, расположенных в скважине сверху вниз и расстояний между ними. Например, в зонде А2М0,05N сверху расположен питающий электрод А, далее в двух метрах - приемный электрод M, а в пяти сантиметрах от последнего - электрод N. Различают потенциал- и градиент-зонды (рис. 1). В потенциал-зонде расстояние между приемными MN или питающими АВ (их называют парными) электродами превышает расстояние от непарного электрода А или M до ближайшего парного. Точка записи, к которой относится измеренное кажущееся сопротивление, располагается посередине АМ (точка О). В градиент-зонде расстояние между парными электродами в пять-десять раз меньше расстояния до непарного. Точка записи находится посередине MN. Если парные электроды располагаются выше непарного, то зонд называется кровельным (или обращенным), а если под питающим, то подошвенным (или последовательным). Расстояние AM у потенциал-зонда и АО (или МО) у градиент-зонда называется размером зонда. Обычно размер зонда меняется от 0,5 до 3 м. Радиус обследования пород вокруг скважины примерно равен размеру зонда.

Иногда используются более сложные 5 - 7-электродные зонды. Благодаря различной комбинации питающих и приемных электродов с  помощью этих зондов создаются направленные фокусированные электрические поля, что позволяет точнее отбить границы  пластов и определить их сопротивление. Такие зонды используются при  боковом каротаже. Для выявления  тонких пластов применяются микрозонды.  

Методика и техника метода КС. Как отмечалось выше, при исследованиях методом КС может регистрироваться либо сила тока (токовый каротаж), либо разность потенциалов. В результате токового каротажа (в сухих скважинах он называется методом скользящих контактов, или МСК) получают токовые диаграммы, характеризующие изменение силы тока по стволу скважины.

Основным  видом скважинных электрических  наблюдений является измерение КС (   ) по стволу скважины с помощью стандартного зонда с постоянным в данных геологических условиях размером. Это аналог электропрофилирования (ЭП) (см. 8.3.). Стандартный, или оптимальный для изучаемого района зонд обеспечивает наилучшее выделение по кривым КС слоев с разным удельным электрическим сопротивлением. Его вид и размеры зависят от поставленных задач и выбираются опытным путем. Чтобы получить кривую изменения КС по скважине, сила тока   на питающих электродах обычно поддерживается постоянной, а измеренная непрерывная кривая разностей потенциалов   на приемных электродах при постоянной длине зонда является фактически графиком изменения   . Для перевода кривой   (в милливольтах) в кривую   (в ом/метрах) изменяется лишь масштаб записи с учетом величины коэффициента установки и силы тока.

По диаграммам КС (по вертикали откладываются точки  записи, по горизонтали -   ) можно получить лишь общее представление о сопротивлениях пород и об их изменении по стволу скважины (см. рис.1). Однако для расшифровки диаграмм и интерпретации результатов электроразведки большое значение имеет определение истинного значения сопротивления пород. Его получают с помощью боковых каротажных зондирований (БКЗ) или бокового каротажа (БК). Методика БКЗ сводится к последовательному выполнению работ КС несколькими (5 - 7) однотипными зондами разной длины (например, АО = 0,2; 0,5; 1; 2; 4; 7 м). Проведя измерения зондами разной длины, получаем кажущиеся сопротивления, соответствующие разным радиусам обследования пород вокруг скважины. Для каждого пласта, сопротивление которого необходимо определить, на логарифмических бланках строят кривую БКЗ, т.е. кривую зависимости КС от длины зонда. Кривые БКЗ интерпретируются с помощью специальных теоретических кривых (палеток БКЗ) так же, как это делается при интерпретации ВЭЗ. В результате получают истинное сопротивление пород и оценивают глубину проникновения бурового раствора в среду.

Введение

Месторождения медно-никелевых  руд представляют весьма разнообразный  и сложный геолого-геофизический  объект. Они характеризуются разнообразным  составом руд, существенной зависимостью их физических свойств от происхождения  и концентрации, резко различными формами и условиями залегания  рудных тел, наличием аномалиеобразующих тел другой природы, неоднородностью вмещающих пород и целым рядом прочих существенных факторов. Во многих районах наблюдается резко меняющаяся мощность наносов и пересеченный рельеф. В сложной геофизической обстановке получить удовлетворительное решение поисковой задачи каким-либо одним методом, как правило, оказывается невозможным. Задача рационального комплексирования заключается в подборе методов, обладающих специфической чувствительностью к тем или иным свойствам среды, важным для решения поставленной задачи, хорошо дополняющих друг друга, обеспечивающих в итоге надежную геологическую интерпретацию комплекса геофизических съемок.

Геофизические исследования скважин (ГИС) - это отрасль разведочной геофизики, отличающаяся от других (сейсмо-, магнито-, электро-, гравиразведки, радиометрии и ядерно-геофизических методов) только по методике исследований. Основные положения теории физических полей, измеряемых в скважинах, остаются теми же, что и в полевой геофизике. Роль и значение ГИС с течением времени постоянно возрастает, т.к. в перспективе ГИС открывают путь к бескерновому познанию скважин. В настоящее время в скважинах регистрируется свыше 35 различных параметров: разнообразные физические свойства горных пород, напряженность многообразных физических полей, технические характеристики состояния самой буровой скважины. При этом стоимость ГИС составляет лишь незначительную часть от стоимости сооружения и оборудования скважины. Так, например, на нефтяных скважинах, где применяется весьма обширный комплекс ГИС, его стоимость не превышает 4% от стоимости буровых работ, обеспечивая при этом экономию до 20% средств, необходимых для оборудования скважины. В настоящее время буквально все методы полевой геофизики имеют свои аналоги в скважинном варианте и, более того, существуют методы ГИС, не имеющие аналогов среди полевых, например, метод электродных потенциалов, гамма-гамма-каротаж, инклинометрия и др. Анализ распределения средств на выполнение геофизических работ показывает, что ГИС (свыше 20% средств) уступает в этом отношении только сейсморазведке (около 50% средств) и значительно превосходит все остальные отрасли разведочной геофизики.

Целью выполнения курсовой работы является закрепление полученных теоретических знаний студентов  по дисциплине: "Комплексирование методов ГИС угольных и рудных месторождений" и умения применять эти знания на практике. Курсовая работа написана на тему: "Комплекс ГИС при поисках медно-никелевых месторождениях".

Задачи подставленные  в данной работе:

1. Анализ месторождения  меди и никеля

2. Геологическое строение месторождений меди и никеля

3. Анализ физических свойств

4. Выбор оптимального комплекса ГИС

5.Построение физико-геологической модели