Разработанные модели минералого-геохимической зональности рудных образований разного масштаба на основе системно-структурного подхода к строению месторождений позволяют производить надежный прогноз уровней эрозионного среза рудных образований и прогнозировать наличие богатых рудных зон и тел на основе бедных пересечений.
За последние 12–18 лет в мировой практике проведения поисковых и разведочных работ на золото и цветные металлы произошли весьма значительные изменения. В первую очередь это касается значительного снижения уровня собственно поисковых работ на новых площадях вплоть до их полного прекращения. С другой стороны, огромный рост разведочных работ переместился в пределы уже известных рудных полей и месторождений, где он привел к весьма ощутимым результатам. В качестве примеров можно привести результаты разведки и доразведки на таких известных с давних пор рудных полях, как золоторудные Мото (ДРК), Пуэбло-Вьехо (Доминиканская Республика), Луло-Гонгото (Мали) и др. Перечисленные рудные поля и месторождения после их освоения сразу стали мировыми лидерами в золотодобыче.
Так, на золоторудном поле Мото (ДРК), где с 1939 по 1946 год было добыто126,2 т золота, в последующие годы уровень добычи со стороны старателей составлял порядка 60 кг/год. В период с 2000 по 2006 год одной австралийской компанией здесь была организована разведка на известных рудных зонах и особенно на глубоких горизонтах. Разведанные ресурсы категории indicated достигли здесь 65,5 млн т руды с содержанием 2,9 г/т — 190 т золота; ресурсы категории inferred возросли до 97,2 млн т с 4 г/т — 380 т золота. Таким образом, суммарные ресурсы рудного поля для открытой и подземной разработки составили 570 т металла. Затем права на рудное поле были приобретены лидером мировой золотодобычи — компанией Barrick Gold, которая в результате доразведки перевела основную часть ресурсов в запасы, построила современный ГОК, соорудила шахту глубиной 1300 м. В 2020 г. здесь было получено 25,1 т золота.
Другим примером является старый рудник Пуэбло-Вьехо в Доминиканской Республике, где с 1975 г. было получено порядка 170 т металла. В 2000-х годах была произведена интенсивная разведочная программа в пределах рудного поля месторождения, которая позволила увеличить его запасы до 342 т металла. Разработка проекта началась компанией Barrick Gold в 2009 г., а первое золота с карьерной добычи было получено в 2012 г. В 2020 г. здесь было получено 27,5 т золота.
В качестве третьего примера можно привести опыт изучения и освоения рудного поля Луло-Гонкото в Мали, известного еще с 1960-1970-х гг. Последние 15–20 лет оно активно изучалось компанией Randgold Resources (ЮАР). В результате его суммарные выявленные ресурсы составили 478 т, в том числе подтвержденные — 382 т, из них запасы — 286 т с 4,5 г/т. Открытая разработка на рудном поле началась в 2012 г., в 2020 г. было получено 21,9 т золота.
Весьма успешными также явились программы изучения и расширения добычи золота в пределах золоторудного пояса Карлин (Невада, США), Веладеро в Аргентине (2025 г. — 22,5 т), Кадиа-Вэлли в Австралии (2020 г. — 25,6 т), переход на подземную разработку знаменитого рудника Грасберг в Индонезии (2020 г. — 26,4 т), рудных полей Боддингтон в Австралии (2020 г. — 20,8 т), Лихир (Папуа-Новая Гвинея , 2020 г. — 24 т) и др.
Таким образом, локальный прогноз оруденения является достаточно специфическим видом геологоразведочных работ, направленным на поиски и разведку новых рудоносных участков или зон в пределах известных рудных полей или месторождений. Методически он тоже имеет свою специфику.
К сожалению, на сегодняшний день отсутствуют разработанные и опробованные действенные методики локального прогноза оруденения. По нашему мнению, одним из основных путей решения этой проблемы является создание и постоянное совершенствование моделей: геологических, геолого-структурных, структурно-геохимических, минералого-геохимических и т.д., на основе изучения особенностей геологии мировых рудных полей и месторождений. Несмотря на кажущуюся относительную простоту поиска новых рудоносных зон в пределах известных рудных полей и месторождений, реализация конкретных программ их изучения зачастую оказывается безуспешной, в то время как впоследствии новые рудные образования выявляются. Ниже мы постараемся показать это на конкретных примерах.
В данной работе мы рассматриваем только структурно-геохимические методы локального прогноза оруденения, а также минералого-геохимические.
Основой минералого-геохимических методов оценки перспектив рудоносности месторождений является наличие в целом единой зональности рудных образований и их эндогенных ореолов. Однако, несмотря на наличие единой зональности, качественно идентичной для большинства месторождений, сложность и неясность взаимоотношений зональности и геолого-структурных особенностей локализации оруденения может приводить к низкой эффективности традиционных геохимических методов прогноза. Поэтому необходимо говорить о необходимости их совершенствования путем:
- комплексного изучения зональности рудных образований на различных геолого-структурных уровнях: рудное поле — месторождение — рудная зона — рудное тело — рудный столб и т.д.;
- объемного изучения пространственной дифференциации химических элементов на границе рудное тело — околорудный метасоматит;
- комплексного изучения минералого-геохимической зональности руд и ореолов совместно с зональностью элементов-примесей в минералах, слагающих эти образования. Расшифровка природы зональности требует разделения валовых концентраций рудо-ореолообразующих элементов на составляющие, отвечающие определенным минеральным формам их нахождения.
При изучении и оконтуривании ореолов рудных образований разного масштаба весьма удобной процедурой является методика сглаживания результатов рядового опробования скважин и горных выработок методом скользящего «окна». Линейный размер «окна» выбирается по принципу соответствия размеру изучаемого структурного уровня, что позволяет выделять закономерную составляющую ореольного поля. Использование такой методики способствует выделению контрастных непрерывных ореолов, выдержанных в пространстве, и охарактеризовать их особенности. При этом из широкого круга ореолообразующих элементов выделяются две группы:
1) с отчетливым зональным строением ореолов на всех иерархических уровнях;
2) с качественным различием в строении и составе ореолов разномасштабных рудных образований.
Для первой группы элементов выявлены следующие количественные особенности в зональном строении ореолов разного масштаба:
- с увеличением масштабности рудных образований (от рудных столбов до месторождения в целом) происходит уменьшение градиента изменения коэффициента зональности с глубиной или по падению. Так, градиент изменения коэффициента зональности для отдельных рудных тел в 5–10 и более раз выше, чем для месторождения в целом;
- при этом пределы изменения коэффициента зональности для разномасштабных рудных образований характеризуются относительно постоянной величиной, зависящей только от количества элементов, входящих в коэффициент зональности.
Выявленные особенности позволили разработать метод оценки перспектив рудоносности глубоких горизонтов месторождений на основе графической модели, отражающей изменения коэффициентов зональности разномасштабных рудных образований по их падению. Оценка глубины развития оруденения производится на основе сопоставления поведения коэффициентов зональности, рассчитанных для ореолов рудных образований разного масштаба. В случаях если коэффициенты зональности для выявленных рудоносных зон и для месторождения в целом по поверхностным и приповерхностным горизонтам сопоставимы и характеризуют верхнерудные срезы, можно делать достаточно уверенный вывод о перспективах выявления на глубине новых рудных зон. Необходимо отметить, что несмотря на то, что в большинстве случаев отмечается качественно единая зональность применительно к рудным образованиям разного масштаба, отмечаются и случаи отличий в геохимических характеристиках рудно-геохимических полей разного масштаба. Примером могут служить в первую очередь комплексные месторождения молибден-медно-порфирового оруденения, где на уровне месторождения в целом максимумы содержаний молибдена и меди могут быть разнесены в пространстве, а на уровне рудных зон — находиться совместно.
Выявленные особенности позволили разработать метод оценки перспектив рудоносности глубоких горизонтов месторождений, основанный на графической модели, отражающей изменение коэффициентов зональности разномасштабных рудных образований по их падению (рис. 1). Оценка глубины развития оруденения производится на основе сопоставления поведения коэффициентов зональности, подсчитанных для ореолов рудных образований разного масштаба. Например, в случае сопоставимых величин коэффициентов зональности для надрудных-верхнерудных областей месторождения в целом и отдельных рудных зон можно с достаточной уверенностью делать выводы о благоприятных перспективах выявления новых рудных зон и тел на глубине.
Не менее важной задачей при разведочных работах в пределах рудных полей или месторождений является оценка перспективности вскрываемых в процессе буровых работ рудных пересечений. Как известно, в процессе разведочных работ более 50% скважин и, отчасти, горных выработок вскрывают бедные непромышленные участки рудных зон или тел. Поэтому прогнозирование богатых участков (рудных столбов) на основе информации по бедным пересечениям является весьма актуальной задачей.
С целью выявления возможных геохимических критериев различия богатого и бедного оруденений было изучено поведение рудообразующих элементов в рудных телах и околорудных метасоматитах. Работы проводились на основе детального опробования по профилям, вскрывающим рудные тела на различных горизонтах (месторождения Майское, Дегтярское и др.). Профили выбирались таким образом, чтобы они вскрывали на различных горизонтах богатые рудные тела и бедные-рядовые участки рудных зон.
Детальное объемное опробование и изучение поведения рудообразующих элементов в рудных телах и околорудных метасоматитах позволили разработать метод оценки интенсивности оруденения на основе геохимической модели рудного столба, основные характеристики которой сводятся к следующему:
- надрудные и фланговые части рудных столбов или богатых рудных тел характеризуются постоянным преобладанием верхнерудных элементов (Ag, Sb, Hg, Pb и др.) в рудном теле относительно околорудных метасоматитов; в то же время поведение нижнерудных элементов (Co, Ni, V, W, Sn и др.) характеризуется обратной картиной — с преобладанием их в околорудных метасоматитах;
- нижнерудные и подрудные области богатых рудных тел или рудных столбов характеризуются постоянным преобладанием нижнерудных элементов в рудном теле, а верхнерудных — в околорудных метасоматитах;
- для бедных или рядовых участков рудных тел характерно постоянное преобладание в них основных рудообразующих элементов относительно околорудных метасоматитов (рис. 2).
Таким образом, между распределением рудообразующих и сопутствующих элементов в поперечном сечении рудных тел и масштабами оруденения существует определенная зависимость. Используя описанную модель, можно оценивать как уровень эрозионного среза рудных зон или тел, так и прогнозировать наличие в их пределах богатых участков или рудных столбов.
В качестве примера успешного использования данных моделей можно привести наши работы по оценке перспектив глубоких горизонтов медноколчеданного месторождения Дегтярское на Урале, где еще с 1906 г. начал действовать подземный рудник. Месторождение представлено единой залежью в виде уплощенной линзы. Протяженность рудного тела по поверхности составляла 4,8 км, на глубину — более 600 м. К началу 1980-х гг. основные запасы были отработаны, оставшихся хватало только лет на 10. В конце 1970-х гг. местная геолого-геохимическая экспедиция провела масштабные работы (три года) по поиску новых рудных залежей по простиранию, на флангах и глубоких горизонтах единой залежи. По всем направлениям были получены отрицательные результаты, что отражено в отчетных материалах.
Автору удалось принять участие в 1980 г. в постановке поисковых работ по изучению перспектив глубоких горизонтов месторождения. В течении трех месяцев, включая ожидание результатов анализов, удалось доказать несомненные перспективы глубоких горизонтов месторождения и наличие там новой рудной залежи, которая была ранее пропущена при неправильной обработке геохимической информации. В одной из старых скважин пересмотр керна позволил выявить интервал мощностью 1,5 м, представленный медным колчеданом и пропущенный предыдущими геологами. Однако тогдашним руководством Минцветмета и Мингео СССР уже было принято решение о закрытии рудника, которое произошло в начале 1990-х гг. А жаль… Освоение новой залежи позволило бы продлить жизнь рудника, по крайней мере, еще на полвека (рис. 3).
Успешное использование вышеописанных моделей в дальнейшем происходило на различных золоторудных месторождениях СССР и России (Майское и пр.), а также на зарубежных объектах в Зимбабве, Танзании и Гайане. Так, на рудном поле Кварцстоун в Гайане с помощью описанных моделей были дополнительно выявлены четыре новых богатых рудных зоны.
На настоящий момент геохимические методы оценки перспектив рудоносности разработаны и используются применительно к валовым концентрациям элементов-индикаторов в рудах и ореолах на основе спектрального анализа рядовых проб. Расшифровка природы зональности и, следовательно, дальнейшее совершенствование геохимических методов невозможны без разделения валовых концентраций рудо- и ореолообразующих элементов на составляющие, отвечающих определенным минеральным формам их нахождения. Поэтому необходимо комплексное изучение минералогической и геохимической зональности руд и ореолов совместно с зональностью элементов-примесей в минералах, слагающих эти образования.
По нашему мнению, зональность элементов в минералах, в особенности элементов-примесей, не всегда соответствует свойственной конкретному месторождению геохимической зональности руд и ореолов, обладая при этом рядом специфических особенностей. Наиболее отчетливые закономерности выявляются при расчетах минерального баланса каждого элемента в рудах, дифференцированно по отдельным горизонтам того или иного месторождения. Обобщенная модель вертикальной зональности распределения рудообразующих и сопутствующих элементов по минералам выражается в том, что:
- для элементов, находящихся в руде преимущественно в виде собственных минеральных форм (медь, мышьяк, свинец, цинк, серебро, олово и др.), в направлении снизу вверх уменьшается степень их рассеяния в минералах более подрудных и увеличивается в более надрудных относительно положения изучаемого минерала в ряду зональности;
- для элементов-примесей (кадмий, индий, кобальт и др.) степень их рассеяния в других минералах увеличивается снизу вверх, если основной минерал-хозяин является подрудным, и увеличивается, если он более надрудный;
- взаимосвязь геохимической зональности рудных зон или тел с особенностями пространственного распределения элементов по минералам выражается в том, что, если конкретный элемент образует собственную минеральную форму, то в направлении снизу-вверх в ней происходит накопление элементов, занимающих в ряду геохимической зональности более подрудное положение и уменьшается количество более надрудных элементов (рис. 4).
Описанная модель проясняет известные и ранее случаи так называемой «обратной» зональности, получающие таким образом свое логическое объяснение. Одним из практических применений этой модели для оценки условий вскрытия рудных зон или тел является использование среднерудных или «сквозных» минералов, зональность элементов-примесей в которых является наиболее контрастной.
Кроме того, наиболее важным является использование данной модели при разработке и оптимизации схем переработки руд, добываемых с различных горизонтов. Это должно способствовать наиболее полному извлечению из руд ценных компонентов.
Выводы и рекомендации
1. Использование достаточно простых и действенных методов локального прогноза оруденения на основе минералого-геохимических, структурно-геохимических и прочих моделей является достаточно успешным средством повышения эффективности геологоразведочных работ, особенно в пределах известных рудных полей и месторождений. В отличие от геофизических методов, геохимические поиски новых рудных зон и тел обладают свойством прямых, а не косвенных признаков наличия минерализации.
2. В мировой практике геохимические поиски минерализации используются, как правило, на ранних стадиях, ограничиваясь проведением площадных поисковых работ по потокам рассеяния или вторичным ореолам. Проведение геохимических работ непосредственно в процессе той или иной стадии разведки является весьма ограниченным. Объясняется это довольно просто — в зарубежных странах единственным методом анализа на широкий круг элементов является весьма дорогой количественный метод ICP (с индуктивно связанной плазмой). Стоимость одного анализа составляет в среднем порядка 40 долл. США и более. В СССР и потом в России для этих целей многие годы использовался полуколичественный метод спектрального анализа — многократно более дешевый, чем ICP. В настоящее время лаборатории, производящие дешевый спектральный анализ, финансируются по минимуму. Однако этот метод является вполне удовлетворительным, особенно на начальных стадиях изучения зональности рудно-ореольных систем разного масштаба. Поэтому возрождение спектральных лабораторий, использующих данный вид анализа, является ключевым моментом для широкой постановки поисковых работ с целью локального прогнозирования оруденения.
