Содержание:

Введение……………………………………………………………………...……3

1. Геологическое строение района проектируемых работ………….…………...4

II.Физические и геологические предпосылки для постановки Э.Р……………8

III.Методика и техника проектируемых работ…………………..……………...10

Заключение………………………………………………………………………..15

Список используемой литературы………………………………………………16 

ВВЕДЕНИЕ 

    Задачей данного курсового проекта является составления геолого-методической части проекта работ методом  вызванной поляризации с целью  детальных поисков графитовых залежей Завальевского месторождения Приазовского графитового массива.

    Площадь графитоносного проявления охватывает около 5300 км³. В административном отношении площадь относиться к Украине.

    1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ  СТРОЕНИЕ РАЙОНА ПРОЕКТИРУЕМЫХ  РАБОТ 

Генезис Завальевского графитового месторождения

    Завальевское  месторождение образовалось при метаморфизме прибрежно-бассейновых высокоуглеродистых осадков, причем конседиментационные структуры, особенно разломы, обусловили закономерности распространения графитоносных пород и локализации графитовых руд. Во вскрытой на фланге месторождения рудоносной зоне в результате влияния сближенных конседиментацнонных разломов залежи графитовых руд и наблюдающиеся здесь линзы карбонатных пород часто имеют форму блоков с линейными ограничениями. Обнаружение такого рода рудоконцентрирующих зон продлит сроки эксплуатации отдельных стратиформных месторождений.В последние годы в результате различных исследований метаморфических графитовых месторождений Украины и других регионов были существенно уточнены представления об их генезисе и условиях формирования. Анализ данных геологоразведочных и эксплуатационных работ на Завальевском месторождении, а также наблюдения автора интересны для понимания ряда вопросов строения и генезиса месторождения, в частности вскрытой на восточном фланге рудоносной зоны.  
 

    Рис. 1.  Схема возможной палеогеографической обстановки, в которой формировались высокоуглеродистые осадки, преобразованные затем в графитоносные породы и графитовые руды 

      1 - водотоки а) мутьевые потоки б) на их продолжениях 2- суша и бассейн. стрелкой показано направление течения вдоль берега;  3 -  конседиментационные тектонические уступы 

    Отметим некоторые широко признанные представления  о генезисе метаморфических графитовых месторождений. Характерные для них графитовые руды формировались в процессе регионального метаморфизма прибрежно-бассейновых углеродистых песчано-глинистых или песчано-глинисто-кремнистых, частично туфогенных осадков со значительным распространением зрелых кварцевых песчаников и каолинитовых глин. Они накапливались в тектонически стабилизированных протоплатформенных условиях при интенсивном выветривании пенепленизированной суши на консолидированных ядрах и массивах протоконтинентальной гранито-гнейсовой коры. По этим представлениям, материал размыва коры выветривания, в частности растворенные минеральные вещества, поступал в прибрежные части бассейнов, служил питанием для водорослей, что способствовало их массовому обитанию и накоплению биогенных высокоуглеродистых осадков. В образовавшихся графитоносных породах и графитовых рудах в разных районах обнаружены остатки синезеленых водорослей, а в последнее время — различные микроорганизмы, обитавшие в водной среде. Благоприятные условия для накопления высокоуглеродистых осадков существовали на участках прибрежных частей акваторий, в которые поступал материал размыва коры выветривания в истинных или коллоидных растворах и в виде остаточных суглинистых, песчано-глинистых продуктов. На рис. 2 приведена одна из вероятных палеогеографических обстановок накопления древних высокоуглеродистых осадков. При этом предполагается, что на продолжениях водотоков, впадавших в бассейн и выносивших материал размыва коры выветривания, располагались мутьевые потоки. Таковые нередко наблюдаются в прибрежных частях современных акваторий, выделяются грязно-серыми полосами на фоне более чистой воды бассейна, прослеживаются на сотни метров или многие километры в зависимости от размеров водотоков, ручьев и рек, впадающих в бассейн. Если течение проходит вдоль берега, то мутьевые потоки прослеживаются в этом же направлении, что нередко наблюдается в современных акваториях. Расположение водотоков и мутьевых потоков на их продолжениях могло влиять на местоположение участков массового обитания водорослей и накопления высокоуглеродистых биогенных осадков. С учетом этого ниже объясняются особенности размещения графитоносных пород и руд Завальевского месторождения.

    По  данным некоторых публикаций, графитоносные породы и графитовые руды часто прослеживаются в кровле или низах и кровле осадочных ритмов (или циклов) разных порядков (ритмо-толщ, ритмо-пачек). В начале формирования ритмов происходил быстрый размыв коры выветривания, а нередко и подстилающих ее неизмененных пород. Отложение высокоуглеродистых осадков зависело от того, какие продукты размыва поступали на те или иные участки бассейна и от других факторов осадконакоплення. Затем, особенно а конце ритмов, в условиях стабилизации палеотектонической обстановки в области сноса особенно интенсивно протекали прооцессы химического выветривания, а в прибрежные части бассейна поступали продукты размыва коры выветривания. Это в условиях невысоких скоростей осадконакопления способствовало формированию высокоуглеродистых осадков. В нижних и средних частях ритмо-толщ и ритмо-пачек графитоносные породы и руды быстро изменяются по составу и мощности, а в верхах ритмов они гораздо более выдержанные. Нередко и стратиформные залежи графитовых руд имеют ритмичное строение, характеризуются переходами от бедных к более богатым в верхах. Кровля залежей чаще всего ровная, а подошва неровная, из-за чего мощности изменяются. Это характерно для стратиформных сингенетических и сингенетических - эпигенетических месторождений разных полезных ископаемых. Нередко в их пределах стратиформные залежи имеют форму лент, вытянутых вдоль конседиментационных ограничений рудовмещающих структур, причем ширина и мощности лент неодинаковые по разные стороны конседиментационных разломов.

    Графитоносные породы и руды глубоко метаморфизованы, характеризуются изменениями гранулитовой или переходных от амфиболитовой к гранулитовой фаций регионального метаморфизма. Кроме того, они часто испытывали преобразования в результате мигматизации, а затем метасоматических и гидротермальных процессов, что местами обусловило перекристаллизацию графита, укрупнение его чешуи, образование линзовидно-полосчатых, вкрапленно-прожилково-линзовидных руд. Вместе с тем в стратиформных месторождениях существенный вынос графита из графитоносных пород и концентрация его в залежах не происходили. Об этом свидетельствует то, что стратиформные залежи руд не сопровождаются зонами дефицита графитного углерода, а залегают среди графитоносных гнейсов, кварцитов и сланцев.

    Представлениям  о метаморфогенно-осадочном первично биогенном генезисе стратиформных залежей графитовых руд не противоречат данные об изотопном составе углерода в них. Он, по данным многочисленных определений различных исследователей на разных объектах, преимущественно такой же, как в углях и других органических веществах.

    Рассмотрим  с учетом упомянутых особенностей модели формирования раннедокембрийских стратиформных графитовых месторождений некоторые характерные черты Завальевского месторождения. Оно локализовано в раннедокембрийской бугской серии. В ней выделяется ряд свит, причем в разные годы и различными исследователями по-разному. Результаты исследований и анализ фактических материалов, подтвержденных нашими наблюдениями, показывают, что на месторождении в бугской серии выделяются две ритмо-толщи (рис. 2). Нижняя, графитоносная, представлена биотитовыми, гранат-биотитовыми, гранат-силлиманитовыми плагиогнейсами с подчиненными кварцитами, частично магнетитовыми, мраморами и кальцифирами, пироксен-карбонатными кристаллическими сланцами, магнетит-гранат-пироксеновыми кварцито-сланцами. Графитоносные разности гнейсов и кварцитов развиты преимущественно в верхней или средней-верхней частях ритмо-толщи и часто вмещают стратиформные залежи графитовых руд. Мощность нижней ритмо-толщи достигает 300-480 м. Верхняя ритмо-толща характеризуется преобладанием мраморов и кальцифиров с прослоями слюдисто-карбонатных сланцев и гнейсов, в частности графитоносных, а также кварцитов — в нижней ее части; мощность достигает 700 м. Породы обеих ритмо-толщ глубоко метаморфизованы в условиях, переходных от амфиболитовой к гранулитовой фациям регионального метаморфизма, при температуре 640-720 °С и давлении 7,2-7,5 кбар по пироксен-гранатовому геотермометру и температуре 740-750 °С  - по биотит-гранатовому. Бугскую серию одни исследователи относят к позднему архею, другие - к раннему протерозою. Поскольку в Северной Евразии  процессы регионального метаморфизма гранулитовой фации наиболее широко проявлялись в архее возраст бугской серии очевидно можно считать позднеархейским.

    Бугская серия в районе Завалейвского  месторождения участвует в строении Завальевской синклинали, представленной крутым субвертикальным северным крылом и ядром. Бугская серия с юга ограничена продольным взбросом. Еще южнее наблюдается узкие тектонические блоки и оборванные по разломам фрагменты синклиналей, сложенные породами бугской серии.

    По  данным исследований, подтвержденным наблюдениями автора,  графитоносные  породы  и  руды  Завальевского  месторождения имеют изначально осадочное происхождение, представляют собой  метаморфизованные прибрежно-бассейновые высокоуглеродистые песчано-глинистые осадки. Кварциты, в частности графитовые, - это первично терригенные отложения, преимущественно кварцевые песчаники и алевролиты, в них обнаружены окатанные зерна циркона. Графит-биотитовые, графит-хлорит-биотитовые и высокоглиноземистые гнейсы являются метаморфизованными глинами или глинистыми песчаниками, гранатовые гнейсы образовались по аркозам и литокластогенным грау-ваккам, гиперстеновые гнейсы - по туффитам. Залежи графитовых руд сложены преимущественно графит-биотит хлоритовыми плагио-гнейсами. Графит наблюдается в виде чешуек размером 0,3—1 см, часто образует срастания с биотитом и хлоритом; содержания его достигают 5-7%, реже более. Как руды, так и вмещающие их графитоносные биотитовые, гранат-биотитовые, гранат-биотнт-хлоритовые гнейсы и кварциты преимущественно пестроцветные палево-серые, желто-серые, бурые, зеленовато-серые. Часто они дезинтегрированы, имеют полурыхлый облик. Начиная с работ  И. В. Дубыны, это объяснялось процессами выветривания. Наши наблюдения показывают, что дезинтеграции графитовых руд и вмещающих пород способствовали субсогласные со слоистостью разрывные нарушения. Некоторые из них просматриваются в карьере даже издали в виде швов с ярко-зелеными зонами хлоритизации вдоль них. Поскольку графитовые руды по физическим свойствам, особенно по пластичности, отличаются от вмещающих пород, их контакты, как правило сорваны. 
 
 
 

    2. Физические и  геологические предпосылки для постановки электроразведки. 

    Завальевское  месторождение приурочено к крупной  и крутой синклинальной складке, ядро которой слагают кристаллические  известняки, подстилаемые кварцитами; ниже залегают толща графитоносных гнейсов, мощность которой в северном крыле достигает 250 м, а в нижней не превышает 15 м. Толща распадается на несколько пластов и подстилается амфиболитовыми гнейсами, вся же синклиналь зажата среди гранитов. Размеры пластов по простиранию – до 3 км.

    Главными  минералами графитовых руд являются: полевой шпат, кварц и крупночешуйчатый графит, вторичными – биотит, хлорит, гранит, кальцит и др. С поверхности, руды подверглись выветриванию и полевой шпат в них плотнизирован, что облегчает извлечение графита, среднее содержание которого составляет 6 – 10%.

    Месторождение относится к метаморфическим, возникшим  путем перекристаллизации первичных органических остатков в процессе общего метаморфизма осадочных пород.

    Основным  компонентом графитоносных образований  являются минерал графит – широко распространенная модификация углерода. Встречается в виде чешуйчатых, зернистых, пыльнокристаллических агрегатов среди изверженных, метаморфических и осадочных пород. Используется графит  в производстве огнеупорных материалов, граффито-керамических изделий, гальванических элементов, щелочных аккумуляторов и т.д. Особо чистые разновидности графита применимы в ядерной промышленности  и в ряде других отраслей производства.

    Выделяют  два наиболее важных в промышленном отношении генетических типа  графитовых месторождений: магматические и метаморфические.

    Завальевское  месторождение чешуйчатого графита  имеет метаморфогенный генетический тип и образовалось за счет глубоко метаморфизма осадков, содержащих первоначально органические вещества. Эти вещества и послужили источником углерода, который кристаллизовался в форме графита.

    Графитоносные образования независимо от их генетической приуроченности отличаются от вмещающих  пород (гнейсы, кварциты, мраморы и  др) низкими значениями удельного сопротивления, незначительной l и повышенными величинами поляризуемости.

    Магнитная восприимчивость образцов чешуйчатого  графита изменяется от 0 до 45·10^-5 ед. Си, составляя в среднем (5-10)·10^-5 ед. Си. Магнитная восприимчивость руд кристаллического графита близка к нулю.

    Поляризуемость η чешуйчатого графита характеризуется повышенными значениями (0,5-0,3) по отношению к поляризуемости вмещающих пород (для данного месторождения η_изб достигает значения 0,28).

    Удельное  электрическое сопротивление руды чешуйчатого графита метаморфического происхождения колеблется в очень широких пределах, что объясняется пестрым минеральным составом и невыдержанностью количественного соотношения примесей и графита. Наиболее часто встречающимися значениями ρ = (1 – 5)·10^-3 Ом·м соответствует руда чешуйчатого графита с содержанием последнего 10-15%. Понижение содержание чешуйчатого графита вызывает увеличение сопротивление.

    При построении геологической модели рассматриваемого объекта производим замену крутопадающего тела вертикальным. Такое упрощение вполне правомерно т.к. не приведет к заметному изменению интенсивности аномалии, только пропадет некоторая асимметрия графика измеренных величин, в данном случае  η_к, наблюдающаяся над наклонным пластом.

    Чтобы оценить вид и интенсивность  аномалии, которые могут быть получены над объектом поисков, выполняется решение прямой задачи для построенной геоэлектрической модели.

    Исходные  данные:

    1. Глубина залегания  h = 20м

    2. Мощность пласта    b = 60м

    3. Удельное сопротивление наносов  ρ₁ = 100 Ом·м

    4. Удельное сопротивление вмещающих пород ρ₂ = 1000 Ом·м

    5. Удельное сопротивление графитоносного  пласта ρ₃ = 1000 Ом·м

    6. Поляризуемость наносов η₁ = 0,02 отн.ед

    7. Поляризуемость вмещающих пород  η₂ = 0,02 отн.ед

    8. Поляризуемость графитоносного  пласта η₃ = 0,3 отн.ед 

    1. a) Расчет избыточной поляризуемости η_изб

        η_изб=η₃– η₂ =0,28 = 28%                                                                                      

    б) Расчет поляризуемости без учета влияния наносов η_на

        η_на0=η_изб · φ₀/180⁰=28·80⁰/180⁰=12,4%                                                               

    2. После расчетов приступаем к  построению графика η_на без учета влияния наносов над полученной геоэлектрической моделью (см. приложение 1).

    3. На второй стадии вычислений  рассчитываются значения необходимые для построения аномалии с учетом влияния наносов.

    а) Находим значения θ

m=ρ₃/ρ₁ =1000/100=10                                                                                           

B/h=60/20=3

    θ =0,2

    б) Расчет поляризуемости с учетом влияния наносов η_на^max

       η_на^max=θ·η_изб=0,2·0,28 = 0,05 = 5,6%                                                                   

    в) После расчетов приступаем к построению графика η_на с учетом влияния наносов над полученной геоэлектрической моделью (см. приложение 1).

    Расчет  показывает что над пластом вмещающих  гнейсо-кварцитовых пород интенсивность аномалии η_на достигает 5,6%. Таким образом, поставленная задача выявления графитоносной толщи может быть решена с помощью метода вызванной поляризации. Вертикальное залегание графитоносной толщи и разница в поляризуемости между вмещающими породами и графитоносным пластом предопределяет появление хорошо фиксируемой симметричной относительно центра тела аномалии. полученные результаты говорят о большой эффективности метода вызванной поляризации для решения поставленных геологических задач.

3. МЕТОДИКА  И ТЕХНИКА ПРОЕКТИРУЕМЫХ РАБОТ

МЕТОД ВЫЗВАННОЙ  ПОЛЯРИЗАЦИИ 

    Метод вызванной поляризации (ВП) основан  на изучении электрических полей, возникающих  в горных породах под действием электрического тока и имеющих электрохимическое происхождение связанное с процессами на контакте твердого вещества и внутрипоровой влаги.

    Данный  метод может применятся на всех стадиях  геологоразведочного процесса –  от изучения геологического строения районов с целью оценки их рудоперспективности, выявления площадей и участков, перспективных на нахождении месторождений, поисков МПИ до получения данных о морфологии и элементах залегания рудных тел и оценки их промышленной значимости, уточнения контуров рудных тел.

    Метод ВП применяется с использованием импульсов постоянного или переменного тока. При измерениях на постоянной токе параметром ВП служит кажущееся поляризуемость η_к – отношение разности потенциалов, измерений через определенное время после выключения тока, DU_вп и разности потенциалов измерений во время пропускания тока DU_пр, выраженное в процентах

                                             η_к=DU_вп/DU_пр ·100                                                                   

    При измерениях на переменном токе эффект ВП выражения или через параметр φ_вп или через кажущийся коэффициент частотной дисперсии К_д.

    При работах обязательно получения  данных о кажущемся удельном сопротивлении ρ_к, вычисляемой по формуле:

                                             ρ_к = К· DU_вп/I 

    где I – силы тока в питающей линии;

          К – геометрический коэффициент  установки;

          DU_вп – напряжения на приемных электродах.

    Детализация выявленных аномалий ВП проводиться  для: а) уточнения местоположения поляризующихся объектов, их формы и размеров; б) определение местоположения поляризующихся объектов и элементов их залегания в) выявления геологической природы аномалий.

    При ведении работ методом ВП используется аппаратура, различающаяся по своей  мощности, способу возбуждения поляризующего поля, изучаемым характеристикам, транспортабельности, помехоустойчивыми, - типа ВП-62,       ВПС-63, ВПП-70, ВПФ, СВП-74 и др.

    Источник  поляризуещего тока должен обеспечить силу тока в питающей линии

                                                I≥10·U_n·K/ρ_к·η_к                                                                                             

    где: I – сила тока;

            U_n – уровень помех, В;

            K – коэффициент удельного сопротивления, Ом·м;

            ρ_к – кажущееся удельное сопротивление, Ом·м;

            η_к – кажущаяся поляризумость, отн.ед. 

    Постоянство силы поляризуещегося тока во время  измерений должно быть с погрешностью не более 3%. Сопротивления изоляции силовых цепей должно быть не менее  10 Мом.

    При производстве работ в условиях сильных помех для получения достоверных данных могут быть использованы следующие приемы:

    а) проведение измерений на переменном токе;

    б) увеличение силы поляризуещего тока;

    в) проведение многократных наблюдений;

    г) уменьшение времени зарядки.

    Точность  измерений на отдельной точке оценивается по относительной погрешности, %,

                                                 δ=1/n · Σ|x_i – x_ср|/|x_ср| ·100                                                         

    где  δ – относительная погрешность;

    x_i – измеренное значение наблюдаемой величины;

    x_ср – среднее арифметическое измеренных  значений;

    n – число измерений. 

    При нормальных условиях наблюдений в ВП на постоянном токе δ_ср не должна превышать 5% для измерений η_к и 2,5% - для ρ_к. Первую оценку точности делают в процессе полевых работ.

    График  значений η_к, вычерчивается на миллиметровой бумаге с указанием участка работ, установки, режима измерений, горизонтального и вертикального масштабов, условных обозначений.

    Вертикальный  масштаб графиков должен обеспечивать понятное представление о величине и форме аномалии.

    Обоснования выбора метода ВП. Результаты решения  прямой задачи, полученные в предыдущем разделе показывают, что над пластом вмещающих гнейсово-кварцитовых пород интенсивность аномалии η_к с учетом влияния наносов достигает 5%. Таким образом, поставленная задача выявления графитоносной толщи может быть успешно решена методом ВП.

    Вертикальное  залегание графитоносного пласта и  большая разница в поляризации между вмещающими и графитоносными породами предопределяет появления хорошо фиксируемой, симметричной относительно центра тела аномалии.

    Полученные  результаты говорят о большой  эффективности использования метода ВП для решения поставленных задач.

    На  данной стадии описываемой методики и техники проектируемых работ, необходимо рассчитать сеть наблюдений и определить соответствующий ему масштаб съемки.

    При выборе сети требуется, чтобы аномалия выделялась не менее, чем не двух профилях, а на профиле в пределах аномалии располагалось не менее двух –  трех точек.

    Расстояние между профилями определяется исходя из ожидаемой длины объекта по простиранию (длина аномалии обычно несколько больше объекта). Для определения шага наблюдения по профилю следует воспользоваться графиком η_к (см. приложение 3) полученным в результате решения прямой задачи. Для этого оценим пороговое значение аномалии, т.е. минимальную интенсивность аномалии, при котором она может быть уверенно выделена.

    Из  графика аномалии η_к (см. приложение 1) оптимальным пороговым значением будет величина равная 3 фона. Следовательно определяемая ширина аномалии на этом уровне равна 60 м. Задаемся шагом равным 20 м с таким расчетом, чтобы аномалию зафиксировали 2-3 точки и расстоянием между профилями в 50 м. Такому шагу соответствует масштаб 1:5000.

    После этого можно приступить ко второму шагу расчетов. Необходимо определить разнос MN и найти размер установки АВ, который выбирается таким образом, чтобы аномалия от объекта поисков имела максимально возможную интенсивность. Разносы MN примем равным шагу сьемки, тоесть 20 м.

    1) разнос АВ≥10·(h + d·h/d+h) · ρ₃/ρ₁   

    где h – глубина залегания, м

          d – мощность графитоносного пласта, м

          ρ₃,ρ₁ – удельное сопротивление графитоносного пласта и наносов соответствено

    разнос  АВ ≥ 10 · (60 + (20 · 20/20 + 20) · 1000/100 = 1600 м

    Следовательно разнос АВ можно взять равным 1600м

    2) Расчет силы тока I