Особенности геологического строения и платиноносность расслоенного массива Луккулайсваара в Северной Карелии

Дополнительные исследования.

Кроме основного направления работы были проведены дополнительные исследования, которые позволили оценить технологические свойства руд и разработать трехмерную компьютерную модель наиболее разведанного участка.

Ухудшение качества платинометальных руд в связи с разложение сульфидов под воздействием гипергенных процессов.

Технологические исследования показали, что коэффициенты извлечения полезных компонентов из руд участка <Надежда> составили 80-85%, а из руд участка <Клюнинский> - 60-65%. Для определения направления геологоразведочных работ важной задачей стало изучение причин снижения обогатимости руд.

В результате изучения каменного материала установлена крайняя неоднородность распределения сульфидов в платинометальных горизонтах участка <Клюнинский>. Сульфидная минерализация наблюдалась в нормальных для не измененных руд количествах (0,5 - 5,0 %), представленная халькопиритом, пирротином и пентландитом; в заниженных количествах (< 0,5 %), представленная преимущественно тончайшей вкрапленностью вторичных минералов меди - борнитом, халькозином, ковеллином и другими; и не наблюдалась вообще.

В результате лабораторных исследований было установлено, что на содержание платиноидов в рудах снижение сульфидной минерализации повлияло в незначительной степени. Также было установлено, что платинометальные руды на участке <Клюнинском>, отличаются пониженным количеством сульфидной серы.

Проведенные исследования показали, что в областях проявления процессов, повлекших снижение обогатимости руд, происходит разложение сульфидных минералов, в срастании с которыми в пределах рудных горизонтов, находятся минералы элементов платиновой группы. Сульфиды играют важную роль в процессе обогащения, так как хорошо выделяются при флотации, а их разложение в значительной степени приводит к снижению обогатимости.

Замещение халькопирита ковеллином и халькозином может свидетельствовать о разложении сульфидов в процессе гипергенеза. Для выявления достоверности этого суждения и выявления зон, подверженных гипергенезу был применен дискриминантный анализ данных опробования по участкам <Надежда> и <Клюнинскому>.

Для выявления неоднородностей распределения полезных компонентов, связанных с влиянием гипергенных процессов в платинометальных рудах пробы с участка <Надежда>, были дифференцированы по признаку <канавные> - <скважинные>. Значениями, определяющими различия групп, были содержания Pt, Pd, Au, Al, Ba, Ca, Co, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, P, S, Sr, Zn. Перед применением дискриминантного анализа значения содержаний были стандартизированы. Это необходимо, поскольку содержания элементов представлены в различных единицах. Расчет дискриминантной функции производился в программе Statistica версии 6.0. Постериорный анализ показал, что разделение аналитических данных по указанному признаку происходит с точностью 97,02%, т.е. из 149 анализируемых проб 2 пробы были ошибочно отнесены к несоответствующим им группам. Это указывает на наличие значительных различий между содержаниями указанных элементов в пробах, отобранных из рудного тела, выходящего на поверхность, и скважинных пробах, что говорит о значительном проявлении гипергенных процессов в приповерхностной части рудных тел.

Полученную дискриминантную функцию, можно применить и для других участков месторождения для определения степени влияния гипергенных процессов. Условившись, что группа проб <канавные> отражает пробы, в которых проявлено выветривание, а группа проб <скважинные> отражает пробы, в которых не проявлено, полученная функция была применена для участка <Клюнинский>. Полученные данные вынесены на проекцию рудного тела на вертикальную плоскость (рис. 6). Полученное изображение показывает, что области проявления гипергенных процессов приурочены к приповерхностным участкам рудного тела и наиболее глубоко проникают по разломным зонам.

Рис. 6. Проекция на вертикальную плоскость восточного блока рудного тела участка <Клюнинский>: 1 - микрогаббро-нориты; 2 - габбро-нориты; 3 - четвертичные отложения; 4 - области проявления гипергенных процессов; 5 - скважины; 6 - пробы, относящиеся к группе <канавные>; 7 - пробы, относящиеся к группе <скважинные>.

Судя по полученным данным руды участка <Клюнинского> более затронуты гипергенезом, чем другие участки, поскольку более трещиноватые. Разложение сульфидов в процессе гипергенеза также могло сказаться на извлекаемости руд в пределах участка.

Установлено, что участки распространения руд с пониженным коэффициентом извлекаемости (участок <Клюнинский>) пространственно связаны с зонами развития метасоматических процессов.

На территории массива, в пределах участка <Клюнинский> фиксировались редкие кварц-калишпатовые жилы и прожилки мощностью до 1 м, кварцевые жилы, сопровождающиеся зонами биотитизации вдоль контактов с вмещающими породами, а также кварц-карбонатные жилы. Кроме визуально наблюдавшихся кварца, калиевых полевых шпатов и карбоната, слагающих жилы, в породах массива в ходе петрографических исследований были определены минералы группы хлорита, биотит и светлые слюды, которые могли образоваться в результате процессов постгранитного метасоматоза. Повышенные концентрации апатита, отмеченные на этом участке, так же могут быть связаны с дегазацией очага гранитной магмы, так как она содержит значительное количество хлора. Наличие Au - Cu минерализации выявленной в кварцевых метасоматитах также может свидетельствовать о проявлении кислого магматизма.

В целях выявления закономерностей пространственного распределения гидротермально-метасоматических минеральных ассоциаций было изучено более 6000 прозрачных шлифов, отобранных за все годы исследований расслоенного массива. На основании этих исследований были составлены схемы распределения вторичных минералов. Особенно информативными в этом отношении стали схемы распределения апатита и плагиоклаза магнетитсодержащего (рис. 7, 8), максимумы которых тяготеют к восточной части рудопроявления (участок <Клюнинский>).

Рис. 7. Схема распределения апатита в пределах Луккулайсваарского месторождения: 1 - 1 зерно в шлифе; 2 - 2-3 зерна в шлифе; 3 - 4-5 зерен в шлифе; 4 - 6-7 зерен в шлифе; 5 - 8-9 зерен в шлифе; 6 - границы участков (участок <Надежда> (слева), участок <Клюнинский> справа).

Рис. 8. Схема распределения плагиоклаза магнетитсодержащего в пределах Луккулайсваарского месторождения: 1 - 1 зерно в шлифе; 2 - 2 зерна в шлифе; 3 - 3 зерна в шлифе; 4 - 4 зерна в шлифе; 5 - 5 зерен в шлифе; 6 - границы участков (участок <Надежда> (слева), участок <Клюнинский> справа)

Применительно к участкам рудопроявления можно подчеркнуть, что в пределах <Клюнинского> наблюдается значительное количество разрывных нарушений, по которым мог проникать кислый флюид, что в значительной степени отразилось на породах, вмещающих оруденение.

Петрографичесие исследования шлифов указывают на развитие метасоматических процессов, связанных как с основными, так и с агрессивными кислыми флюидами. Пространственно участки развития этих метасоматических процессов приурочены к ослабленным проницаемым разломным зонам, в пределах которых выявлены руды с пониженным коэффициентом извлекаемости платиноидов.

Таким образом, технологические исследования показали наличие участков с пониженными коэффициентами извлекаемости платиноидов. Эти участки приходятся на зоны интенсивного развития гипергенных процессов (площадные и разломные коры выветривания). Ослабленные проницаемые разломные зоны часто наследуют области развития метасоматических изменений. Руководствуясь результатами проведенных исследований можно минимизировать вложения средств в разведку месторождения, исключив участки, в пределах которых располагаются слабо обогатимые руды.

Трехмерное компьютерное моделирование

С целью наиболее полного представления о геологическом строении и особенностях распределения полезных компонентов в рудах были созданы компьютерные трехмерные каркасные модели участка <Надежда> Луккулайсваарского месторождения. С помощью этих моделей прояснены многие детали геологического строения, уточнено положение разрывных нарушений, произведен геостатистический анализ геологических и геохимических параметров, построены блочные модели, демонстрирующие распределение в пределах участка содержаний полезных компонентов.

На основании первичных геологоразведочных данных о моделируемом объекте была создана база данных. База данных - это набор данных, состоящий из следующих файлов: файла координат устьев всех скважин и горных выработок; файла инклинометрии; файла геологической документации; файла данных опробования - представленных в табличной форме.

Построение модели топографической поверхности производилось посредством создания цифровой модели поверхности (ЦМП) по топографической базе данных, к цифровой поверхности были подгружены смоделированные в объеме скважины и канавы (рис. 9).

Рис. 9. Поверхность рельефа с подгруженными скважинами и канавами.

На основе файлов устьев скважин, канав, данных по их опробованию и файлу геологии, по буровым профилям, были созданы контуры геологических тел, таких как: разрывные нарушения, литологические разности пород, рудные тела.

Для построения каркасной модели были загружены все интерпретационные контура, созданные по разрезам буровых профилей, и соединены в единый и непрерывный каркас. Разломные границы контуров достигались пересечением каркасов тех или иных геологических тел, предварительно созданными, контурами разломов.

Каркасные модели всех геологических тел объекта были собраны в единую каркасную модель. Результатом трехмерного моделирования участка <Надежда> месторождения Луккулайсваара стали трехмерные геологическая (рис. 10) и рудная модели.

Рис. 10. Геологическая модель участка <Надежда>

Были созданы блочные модели рудных тел. В связи с тем, что способ добычи и производительность рудников для моделируемого объекта еще не определены, размер блока был выбран на основании геологических данных. С учетом средней мощности рудных тел равной 2-2,5 м, размер блоков выбран равным 2x2x2 м. Далее методом обратных расстояний интерполировались содержания полезных компонентов в пределах отдельных рудных тел (рис. 11).

Рис. 11. Распределение палладия на участке <Надежда> рудопроявления Луккулайсваара.

Созданная модель показала, что оруденение представляет собой протяженные зоны, согласные с расслоенностью массива; позволила точнее выделить промышленные блоки; продемонстрировала благоприятность геоморфологических условий для открытой отработки месторождения; подготовила исходные данные для подсчета запасов.

Расчет оптимальной разведочной сети на участке <Надежда> месторождения Луккулайсваара с применением статистических и геостатистических методов.

Для большинства полезных ископаемых отнесение месторождений к той или иной группе регулируются <Методическими рекомендациями по применению классификации запасов полезных ископаемых>. Однако для рудных месторождений металлов платиновой группы (МПГ), такой регламентирующий документ отсутствует, так как до недавнего времени, их коренные месторождения на территории СССР и затем России не разведывались.

Наиболее характерным аналогом Луккулайсваарского месторождения прошедшим апробацию в государственной комиссии по запасам полезных ископаемых (ГКЗ) с поставленными на баланс запасами является месторождение Вуручуайвенч, расположенное в пределах Мончегорского расслоенного массива. Оно также характеризуется <рифовым> пластовым типом платинометального оруденения, которое, в отличие от платинометальных горизонтов месторождения Луккулайсваара, не имеет четкого литологического контроля. При оценке и разведке основной части этого месторождения использовалась сеть с квадратной ячейкой величиной 200м и 100м соответственно для запасов С₂ и С₁ и с ячейкой на участках детализации 50м.

В целях отнесения Луккулайсваарского месторождения к той или иной группе сложности по геологическому строению, на стадии оценки были рассчитаны статистические параметры, коэффициенты сложности геологического строения и рудоносности для бортовых содержаний палладия условного 2,68 г/т, 3,75 г/т и 4,82 г/т. Коэффициент сложности геологического строения определялся как отношение количества скважин пересекших рудное тело к общему количеству скважин в пределах участка. Коэффициент рудоносности определялся как отношение суммы длин рудных интервалов к суммарной длине пересечений рудной зоны, включая рудные и безрудные прослои. Расчет коэффициента вариации рассмотрен ниже. Полученные значения коэффициентов, определяющих сложность геологического строения, отвечают значениям месторождений второй группы (табл. 3). Несмотря на выдержанные по простиранию и падению мощности рудных тел и содержания полезных компонентов в них, сложное строение разведываемых участков, обуславливает применять плотность разведочной сети, которая должна обеспечивать надежное выделение геологических блоков.

Характерной особенностью пластообразных платинометальных рудных тел <рифового> типа является отсутствие ярко выраженной зональности и близкая изменчивость параметров руд, как по падению, так и по простиранию, в пределах всего платинометального горизонта, т.е. коэффициент анизотропии близок к 1. Это указывает на целесообразность применения квадратной разведочной сети.

На стадии оценки Луккулайсваарского месторождения, учитывая особенности месторождений аналогов и индивидуальные особенности геологического строения, была принята квадратная сеть с величиной ячейки 80м для запасов категории С₁ со сгущением на отдельных участках до 40м.

Основываясь на полученных, в результате проведенных на участке <Надежда> геологоразведочных работ, аналитических данных, можно вычислить относительные погрешности средних содержаний палладия условного для каждого из блоков, рассчитав обратную математическому методу задачу. Расчет производился для трех тектонически-разобщенных блоков участка <Надежда>.

Относительная погрешность среднего (δ_отн) вычисляется по формуле:

δ_отн = tα*V/√N, где tα - значение стандартного нормального распределения для доверительной вероятности α, V - коэффициент вариации, N - количество необходимых рудных пересечений, отвечающих заданным коэффициенту вариации и погрешности среднего при выбранной доверительной вероятности α.

Пусть доверительная вероятность (α) будет равна 95%, тогда значение стандартного нормального распределения (tα) будет равно: для блока 1 - 2,093 (19 рудных пересечений), для блока 2 - 2,131 (15 рудных пересечений), для блока 3 - 2,042 (30 рудных пересечений).

V=100*S/x_средн, где S - среднеквадратическое отклонение, x_средн - среднее содержание условного палладия

S=√σ, где σ - дисперсия среднего

σ = ∑(x_i-x_средн)²/(n-1), где x_i - содержание палладия условного в i-ом пересечении, n - количество рудных пересечений.

Вычисленные статистические параметры согласно описанным выше формулам необходимые для расчета относительных погрешностей средних содержаний палладия условного, для каждого из блоков, приведены в таблице 4.

Чтобы проследить снижение достоверности определения средних содержаний по блоку, были рассчитаны относительные погрешности средних содержаний палладия условного для каждого из блоков при густоте разведочной сети 20x20, 40x40, 80x80, 120x120 и 160x160. Результаты приведены в таблице 5.

Количество необходимых рудных пересечений (N) было рассчитано по формуле:

N=P/l², где P - площадь рудного тела в пределах блока, l - расстояние между пробами, а l2, соответственно, - площадь элементарной ячейки разведочной сети.

Вычисленные погрешности средних для разведочных сетей с размерами ячейки 20x20, 40x40, 80x80 и 120x120 удовлетворяют достоверности категории запасов С₁.

Кроме того, по окончанию геологоразведочных работ, на данном участке к полученным данным был применен геостатистический анализ (или вариография), в результате чего была оценена оптимальная плотность разведочной сети.

Вариограммы были построены для трех тектонически-разобщенных блоков участка <Надежда> по платине, палладию, золоту, меди, никелю и сере. Кривые вариограмм позволили определить ряд важных параметров: порог, зону влияния и эффект самородков (табл. 6). Вариограммы, рассчитанные по блокам 1 и 2, демонстрируют <ступенчатый> характер кривых - это обусловлено малым объемом наблюдений. Судя по моделям этих вариограмм, зоны влияния скважин в пределах 1 и 2 блоков составляют 48-49м. Кривая вариограммы блока 3 демонстрирует достаточно однородное распределение полезных компонентов, а зоны влияния скважин составляют 141м.

Приведенные данные показывают, что следует учесть значения зон влияния скважин в пределах блоков при определении оптимальных параметров разведочной сети. На основании геостатистического анализа можно рекомендовать квадратную разведочную сеть с величиной ячейки 120 метров, со сгущением на отдельных участках до 50 - 60 метров.

В целом, проведенные математические и геостатистические исследования показывают достаточно схожие результаты. На основании которых можно заключить, что для дальнейшей разведки Луккулайсваарского месторождения до категории С₁, целесообразно использовать квадратную разведочную сеть с величиной ячейки 100 - 120 метров, со сгущением на отдельных участках до 50 - 60 метров. Эта более редкая сеть по сравнению с выбранной на этапе оценки позволит в значительно степени минимизировать затраты.