Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами

Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами

На основе термодинамического подхода решены задачи оценки запасов минерального сырья. При решении использована фрактальная природа минеральных систем. На основе метода аналогий получены закономерности для оценки запасов по измеренным геофизическим полям. Рассчитаны дифференцированные запасы полезных...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2014
Hauptverfasser: Портнов, В.С., Юров, В.М., Камаров, Р.К., Бражанова, Д.К.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України 2014
Schriftenreihe:Розробка родовищ
Schlagworte:
Розробка рудних родовищ
Online Zugang:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104551
Tags: Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами / В.С. Портнов, В.М. Юров, Р.К. Камаров, Д.К. Бражанова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 215-220. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-104551
record_format dspace
spelling irk-123456789-1045512016-07-13T03:02:21Z Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами Портнов, В.С. Юров, В.М. Камаров, Р.К. Бражанова, Д.К. Розробка рудних родовищ На основе термодинамического подхода решены задачи оценки запасов минерального сырья. При решении использована фрактальная природа минеральных систем. На основе метода аналогий получены закономерности для оценки запасов по измеренным геофизическим полям. Рассчитаны дифференцированные запасы полезных ископаемых. Даны сравнительные примеры рассчитанных и разведанных запасов минерального сырья для ряда месторождений Казахстана и Украины. На основі термодинамічного підходу вирішені задачі оцінки запасів мінеральної сировини. При розв’язанні використана фрактальна природа мінеральних сировин. На основі методу аналогій отримано закономірності для оцінки за виміряними геофізичними полями. Розраховано диференційовані запаси корисних копалин. Надано порівняльні приклади розрахованих і розвіданих запасів мінеральної сировини для низки родовищ Казахстана й України. On the basis of thermodynamic approach estimation of mineral stocks are solved. Fractal nature of mineral systems is used during solution. On the basis of analogies patterns for stock assessment from the measured geophysical fields are received. Differentiated mineral reserves are calculated. Comparative examples of calculated and explored mineral stocks for a number of deposits of Kazakhstan and Ukraine are given. 2014 Article Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами / В.С. Портнов, В.М. Юров, Р.К. Камаров, Д.К. Бражанова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 215-220. — Бібліогр.: 17 назв. — рос. 2415-3435 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104551 553.03 ru Розробка родовищ УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
topic Розробка рудних родовищ
Розробка рудних родовищ
spellingShingle Розробка рудних родовищ
Розробка рудних родовищ
Портнов, В.С.
Юров, В.М.
Камаров, Р.К.
Бражанова, Д.К.
Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
Розробка родовищ
description На основе термодинамического подхода решены задачи оценки запасов минерального сырья. При решении использована фрактальная природа минеральных систем. На основе метода аналогий получены закономерности для оценки запасов по измеренным геофизическим полям. Рассчитаны дифференцированные запасы полезных ископаемых. Даны сравнительные примеры рассчитанных и разведанных запасов минерального сырья для ряда месторождений Казахстана и Украины.
format Article
author Портнов, В.С.
Юров, В.М.
Камаров, Р.К.
Бражанова, Д.К.
author_facet Портнов, В.С.
Юров, В.М.
Камаров, Р.К.
Бражанова, Д.К.
author_sort Портнов, В.С.
title Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
title_short Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
title_full Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
title_fullStr Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
title_full_unstemmed Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
title_sort оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами
publisher УкрНДМІ НАН України, Інститут геотехнічної механіки НАН України
publishDate 2014
topic_facet Розробка рудних родовищ
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104551
citation_txt Оценка запасов минерального сырья физическими и геофизическими методами / В.С. Портнов, В.М. Юров, Р.К. Камаров, Д.К. Бражанова // Розробка родовищ: Зб. наук. пр. — 2014. — Т. 8. — С. 215-220. — Бібліогр.: 17 назв. — рос.
series Розробка родовищ
work_keys_str_mv AT portnovvs ocenkazapasovmineralʹnogosyrʹâfizičeskimiigeofizičeskimimetodami
AT ûrovvm ocenkazapasovmineralʹnogosyrʹâfizičeskimiigeofizičeskimimetodami
AT kamarovrk ocenkazapasovmineralʹnogosyrʹâfizičeskimiigeofizičeskimimetodami
AT bražanovadk ocenkazapasovmineralʹnogosyrʹâfizičeskimiigeofizičeskimimetodami
first_indexed 2025-07-07T15:31:32Z
last_indexed 2025-07-07T15:31:32Z
_version_ 1837002698594975744
fulltext 215 УДК 553.03 © В.С. Портнов, В.М. Юров, Р.К. Камаров, Д.К. Бражанова В.С. Портнов, В.М. Юров, Р.К. Камаров, Д.К. Бражанова ОЦЕНКА ЗАПАСОВ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ФИЗИЧЕСКИМИ И ГЕОФИЗИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ На основе термодинамического подхода решены задачи оценки запасов минерального сырья. При решении использована фрактальная природа минеральных систем. На ос- нове метода аналогий получены закономерности для оценки запасов по измеренным геофизическим полям. Рассчитаны дифференцированные запасы полезных ископаемых. Даны сравнительные примеры рассчитанных и разведанных запасов минерального сы- рья для ряда месторождений Казахстана и Украины. ОЦІНКА ЗАПАСІВ МІНЕРАЛЬНОЇ СИРОВИНИ ФІЗИЧНИМИ ТА ГЕОФІЗИЧНИМИ МЕТОДАМИ На основі термодинамічного підходу вирішені задачі оцінки запасів мінеральної сиро- вини. При розв’язанні використана фрактальна природа мінеральних сировин. На основі методу аналогій отримано закономірності для оцінки за виміряними геофізич- ними полями. Розраховано диференційовані запаси корисних копалин. Надано порівня- льні приклади розрахованих і розвіданих запасів мінеральної сировини для низки родо- вищ Казахстана й України. ESTIMATION OF MINERAL RESOURCES BY MEANS OF PHYSICAL AND GEOPHYSICAL METHODS On the basis of thermodynamic approach estimation of mineral stocks are solved. Fractal nature of mineral systems is used during solution. On the basis of analogies patterns for stock assessment from the measured geophysical fields are received. Differentiated mineral reserves are calculated. Comparative examples of calculated and explored mineral stocks for a number of deposits of Kazakhstan and Ukraine are given. ВВЕДЕНИЕ Поиски большинства полезных иско- паемых в большинстве случаев ограничи- вались открытием месторождений по ви- димым ореолам рассеяния и другим визу- ально наблюдаемым поисковым призна- кам. Фонд таких «легко открываемых» ме- сторождений быстро сокращается. Наряду с этим в последнее время становится оче- видным наличие огромного количества так называемых «трудно открываемых» ме- сторождений. Ориентировочные расчеты показывают, что общий фонд трудно от- крываемых месторождений по большинст- ву полезных ископаемых во много раз пре- вышает ресурсы легко открываемых ме- сторождений. К этому нужно добавить, что запасы руд открытых и даже эксплуати- руемых месторождений могут существен- но превышать разведанные. В связи с этим, и ранее [1 – 4], и в на- стоящее время [5 – 8] появляются работы, связанные с оценкой прогнозных запасов полезных ископаемых, как на региональ- 216 ном уровне, так и в мировых масштабах. В настоящей работе обобщаются ре- зультаты термодинамического подхода к оценке прогнозных ресурсов минерального сырья на основе физических свойств мине- ралов и результатов геофизического опро- бования рудных месторождений [9 – 12]. НЕРАВНОВЕСНАЯ ТЕРМОДИНАМИКА И ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПОИСКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В основе большинства геофизических методов поиска полезных ископаемых и измерения физических свойств минералов лежит взаимодействие исследуемого объ- екта с внешним полем (магнитным, элек- трическим, акустическим и т.д.). Результа- том этого взаимодействия является отклик исследуемого объекта на внешнее воздей- ствие, который несет информацию о том или ином его физическом свойстве. Мы используем концепцию элементар- ных возбуждений в твердых телах приме- нительно к минералам, представительным пробам и т.д. В этой модели элементарные возбуждения (магнитные или электриче- ские диполи, электроны, фононы и т.д.), рассматриваются как подсистема невзаи- модействующих частиц, погруженная в термостат (минерал, руда и т.п.). Кванто- вые переходы, обусловленные взаимодей- ствием элементарных возбуждений с тер- мостатом, будут диссипативными (с веро- ятностью Р), в отличие от взаимодействия с внешним полем (с вероятностью F). Дис- сипативные процессы приводят к тому, что вторичное поле меньше первичного. Функция отклика системы .PF/F +=Φ Для вероятности диссипативных процессов нами получено [9]:        − −= kT N/GE exp k S P m 02 τ Δ , (1) где SΔ – изменение энтропии при кванто- вом переходе; mE – среднее значение энергии основ- ного состояния элементарных возбужде- ний; τ – время одночастичной релаксации ( ≈τ 10-12 с); N – среднее число элементарных воз- буждений; 0G – энергия Гиббса термостата; k – постоянная Больцмана; T – температура. Для функции отклика системы (после линеаризации) получаем следующее вы- ражение: ,N G E C kT Ф 0 = (2) здесь E – энергия внешнего поля; C – некоторая постоянная, харак- терная для данного вида измерений. Важным обстоятельством в полученных формулах (1) и (2) является наличие в энер- гии Гиббса минерала, непосредственно свя- занной с энергией рудообразования [3]. ФРАКТАЛЬНАЯ ПРИРОДА МИНЕРАЛЬНЫХ СИСТЕМ Процессы самоорганизации и фрак- тальная природа минеральных систем только начали входить в арсенал геологи- ческих методов исследования [13, 14]. Од- нако на практике пока преобладают клас- сические геофизические и геохимические методы поисков полезных ископаемых. Здесь мы отметим лишь следующее: всякая геологическая среда и месторожде- ние полезных ископаемых представляют собой сложную систему, свойства которой могут существенно отличаться от состав- ляющих ее элементов. Тем не менее, ос- новной минерал месторождения или пред- ставительная проба являются самоподоб- ными в силу их фрактальной природы. Это обстоятельство позволяет редуцировать физические свойства представительной пробы на все месторождение в целом. Иными словами, минерал данного место- 217 рождения обладает физико-химическими, морфологическим и т.д. свойствами, при- сущими только данному месторождению. МЕТОД АНАЛОГИЙ И ПОЛЯ АНАЛОГИ В физике существует значительное ко- личество примеров успешного использо- вания метода аналогий, и это является предпосылкой того, чтобы придать анало- гии статус одного из возможных методов научного познания. Дж. Максвелл [15] со- поставил созданную им классическую тео- рию электромагнетизма с гидродинамикой несжимаемых жидкостей и подчеркнул значение такого подхода в науке: «Для со- ставления физических представлений сле- дует освоиться с существованием физиче- ских аналогий. Под физической аналогией я понимаю то частное сходство между за- конами двух каких-нибудь областей науки, благодаря которому одна из них является иллюстрацией для другой». Во многих областях техники и физики встречаются явления, представляющие со- бой прямые аналоги процессов в электри- ческом и магнитном поле. В табл. 1 пока- зана аналогия, существующая между вели- чинами в различных скалярных потенци- альных полях. АНАЛОГИЯ МЕЖДУ ВЕЛИЧИНАМИ В ПОТЕНЦИАЛЬНЫХ ПОЛЯХ Таблица 1 Параметр Электростатиче- ское поле Электростатиче- ское поле тока Магнитостатиче- ское поле Тепловое поле Потенциал Потенциал U Потенциал U Потенциал Ω Температура T Градиент Напряженность электрического поля Е Напряженность электрического поля Е Напряженность магнитного поля Н Градиент темпе- ратуры gradT Постоянная, ха- рактеризующая свойства среды Диэлектрическая проницаемость ε Электрическая проводимость σ Магнитная про- ницаемость μ Температуропро- водность а Плотность по- тока Электрическое смещение D Плотность тока j Магнитная ин- дукция B Плотность тепло- вого потока q Интенсивность источника Плотность заря- да ρe Плотность тока j Плотность маг- нитной массы ρm Плотность источ- ника тепла Q Проводимость поля Емкость C Электрическая проводимость G Магнитная про- водимость σm Тепловая прово- димость σm РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫХ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ В основе нашего подхода при расчете запасов полезных ископаемых лежит объе- динение модели Сафронова Н.И. [3] и мо- дельных представлений, изложенных вы- ше, и в работах [9 – 12]. Опуская подроб- ности вычислений, мы будем сразу выпи- сывать формулы для подсчета дифферен- цированных количеств (запасов) искомого минерала, т.е. его количества в единице объема. В рамках развитых представлений для дифференцированных запасов металла по- лучена следующая формула: ( ) 100 11406 1 ⋅ ⋅ = χln Рк %, (3) где χ – магнитная восприимчивость ми- нерала (метод магниторазведки). Пользуясь методом аналогий для мето- дов электроразведки, получим формулу типа (3): ( ) 100 6155121 1 ⋅ ⋅ = ρ,ln Рк %, (4) где ρ – удельное сопротивление минерала. Для теплофизических методов исследо- вания: 218 ( ) 100 365853 1 ⋅ ⋅ = λln Рк %, (5) где λ – теплопроводимость минерала. Для ядерно-физического гамма-гамма метода имеем: ( ) 100 809826 1 0 ⋅ ⋅ = IIln Рк , (6) где 0II – интенсивность рассеяния гамма- излучения веществом. Для гравиразведки: ( ) 100 1002473 1 ⋅ ⋅ = gln Рк Δ %, (7) где gΔ – аномалия ускорения свободного падения. Для сейсморазведки: ( ) 100 0326 1 ⋅ ⋅ = υ,ln Рк %, (8) где υ – скорость сейсмических волн в гео- логической среде. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОГНОЗНЫХ ЗАПАСОВ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Для того, чтобы оценить запасы место- рождения с использованием соотношения (3), необходимо знать геометрию рудных тел, их среднюю магнитную восприимчи- вость, объемное содержание магнетита в руде. Для большинства железорудных ме- сторождений Казахстана и Украины эти параметры определены. Ниже, в табл. 2 и 3 приведены рассчитанные с учетом этих данных и соотношения (3) запасы желез- ных руд некоторых месторождений Казах- стана и Украины. Из табл. 2 видно, что прогнозные запасы магнетитовых руд, рас- считанные по формуле (3), больше разве- данных. Однако для малых, полностью разработанных месторождений прогнозные и разведанные запасы совпадают с прием- лемой точностью. Для железорудных месторождений Ук- раины существует неплохое соответствие запасов, рассчитанных по формуле (3) и разведанных (табл. 3). ПРОГНОЗНЫЕ И РАЗВЕДАННЫЕ ЗАПАСЫ РУД МАГНЕТИТОВОГО ЖЕЛЕЗА МЕСТОРОЖДЕНИЙ КАЗАХСТАНА Таблица 2 Месторождение Прогнозные запасы руды, млн т Разведанные запасы руды, млн т [16, 17] Соколовское 5330 3343 Сарбайское 2108 890,3 Качарское 6005 3998 Кентобе Второе (основное рудное тело) 71,87 32,733 Третье рудное тело 17,31 13,51 Куржункульское 639,3 Более 80 ПРОГНОЗНЫЕ И РАЗВЕДАННЫЕ ЗАПАСЫ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УКРАИНЫ Таблица 3 Месторождение Прогнозные запасы руды, млн т Разведанные запасы руды, млн т Криворожский железорудный бассейн 3600 2180 Кременчугский железорудный район 5200 4500 Белозерский железорудный район 860 700 219 В качестве примера в табл. 4 приведены рассчитанные прогнозные запасы некото- рых месторождений неметаллических по- лезных ископаемых Казахстана по тепло- физическим данным. Из табл. 4 видно хорошее совпадение разведанных и рассчитанных запасов. Для более точной оценки прогнозных запасов нужно использовать комплексиро- вание методов разведки и измерений фи- зических свойств минералов. В табл. 5, в качестве примера, представлены результа- ты расчета прогнозных дифференцирован- ных ресурсов для угольных свит Караган- динского угольного бассейна по данным электро- и сейсморазведки. Видно, что оба метода неплохо согла- суются между собой. ПРОГНОЗНЫЕ ЗАПАСЫ НЕКОТОРЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Таблица 4 Месторождение Минерал λ, (Вт/м·К) Прогнозные запасы Разведанные запасы Тектурмас Кварцит 7,98 39,90 (млн т) 40,86(млн т) Сарытоганбай Графит 389,00 87,60 132,00 (млн т) 100,00 (млн т) Семизбугы Корунд 34,60 22,00 (тыс. т) 17,70 (тыс. т) ПРОГНОЗНЫЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ ЗАПАСЫ УГЛЯ ОСНОВНЫХ СВИТ РАГАНДИНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА Таблица 5 Свита Дифференцированные запасы (%) по v (м/с) Дифференцированные запасы (%) по р (Ом·м) Долинская 14,6 14,2 Тентеккская 15,1 14,5 Карагандинская 14,4 14,3 Ашлярикская 13,6 13,4 ВЫВОДЫ Измеряя физические свойства минера- лов в их естественном залегании (метод искусственного подмагничивания, элек- трического зондирования и т.д.), мы мо- жем определять дифференцированные за- пасы полезных ископаемых по предложен- ной выше методике – формулы (3) – (8), не прибегая к дорогостоящим методам буре- ния разведочных скважин. Точность опре- деления запасов минерального сырья, бу- дет возрастать при использовании различ- ных (не менее двух) методов для одного и того же месторождения. Наряду с ранее известными методами [1 – 8] преимуществом изложенного выше метода расчета прогнозных запасов руд и минералов является его экспрессность при удовлетворительной точности результатов. Метод позволяет рассчитывать запасы руд в пределах площади рудного горизонта, блока, охватываемой измерениями физиче- ских свойств руд в естественном залега- нии, а также делать их качественную оцен- ку по горизонтам, определяя среднее зна- чение того или иного физического пара- метра. 220 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Овчинников Л.Н. Прогнозная оценка мировых за- пасов в месторождениях суши / Л.Н. Овчинников. – ДАН СССР, 1971. – Т. 196. – № 3. – С. 683 – 686. 2. Марголин А.М. Оценка запасов минерального сы- рья. Математические методы / А.М. Марголин. – М.: Недра, 1974. – 264 с. 3. Сафронов Н.И. Энергия рудообразования и поиски полезных ископаемых / Н.И. Сафронов, С.С. Мещеряков, Н.П. Иванов. – Л.: Недра, 1978. – 215 с. 4. Булкин Г.А. Количественная оценка прогнозных запасов руд / Г.А. Булкин. – М.: Недра, 1984. – 129 с. 5. Методическое руководство по оценке прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Вып. 1. Прин- ципы и методы оценки / ред. Кривцов А.И. – М.: ВНИЭМС, 2006. – 44 с. 6. Рогова Т.Б. Подсчет запасов угольных месторож- дений / Рогова Т.Б., Шаклеин С.В., Ярков В.О. – Кемерово, 2010. – 136 с. 7. Матвеев А.А. Геохимические поиски месторожде- ний полезных ископаемых / А.А. Матвеев. – М.: МГУ, 2003. – 110 с. 8. Коробейников А.Ф. Прогнозирование и поиски ме- сторождений полезных ископаемых / А.Ф. Коробейни- ков. – Томск: ТПУ, 2009. – 253 с. 9. Портнов B.C. Связь магнитной восприимчивости магнетитовых руд с термодинамическими парамет- рами и содержанием железа / В.С. Портнов, В.М. Юров // Изв. ВУЗов. Горный журнал. – 2004. – № 6. – С. 122 – 126. 10. Портнов B.C. Прогнозные запасы железорудных месторождений Казахстана / В.С. Портнов, В.М. Юров // Промышленность Казахстана. – 2004. – № 12. – С. 82 – 83. 11. Использование физических свойств минералов для оценки запасов полезных ископаемых/ Выжва С.А., Юров В.М., Портнов B.C. [и др.] // Вестник КарГУ. Физи- ка. – 2011. – № 4(64). – С. 78 – 87. 12. Портнов B.C., Юров В.М., Турсунбаева А.К. Оцен- ка прогнозных ресурсов полезных ископаемых геофизи- ческими методами // Фундаментальные исследова- ния. – 2012. – № 3. – С. 403 – 408. 13. Горяинов П.М. Самоорганизация минеральных систем. Синергетические принципы геологических ис- следований / П.М. Горяинов, Г.Ю. Иванюк. – М.: ГЕОС, 2001. – 312 с. 14. Крылов С.С. Фракталы в геофизике / С.С. Крылов, Н.Ю. Бобров. – СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского ун- та, 2004. – 138 с. 15. Максвелл Дж.К. Избранные сочинения по теории электромагнитного поля / Дж.К. Максвелл. – М.: Гос- техиздат, 1954. 16. Железорудные формации Зауралья (северная часть Тургайского прогиба). – Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. – 230 с. 17. Железорудные формации Зауралья (средняя и южная части Тургайского прогиба). – Свердловск: УНЦ АН СССР. – 1987. – 254 с. ОБ АВТОРАХ Портнов Василий Сергеевич – д.т.н., профессор ка- федры геофизических методов поисков и разведки ме- сторождений ископаемых, руководитель Управления послевузовским образованием Карагандинского государ- ственного технического университета. Юров Виктор Михайлович – к.ф.-м.н, доцент кафед- ры физики твердого тела, директор научно- исследовательского центра «Ионно-плазменных техно- логий и современного приборостроения» Карагандинско- го государственного университета им. Е.А. Букетова. Камаров Рымгали Кумашевич – к.т.н., профессор кафедры разработки месторождений полезных иско- паемых, заместитель директора Центра инновацион- ных методов и технологий обучения Карагандинского государственного технического университета. Бражанова Дана Корабаевна – инженер кафедры приборостроения Карагандинского государственного технического университета.

Ähnliche Einträge