DE3490759C2

DE3490759C2 - Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzk¦rper

Info

Publication number: DE3490759C2
Application number: DE19843490759
Authority: DE
Inventors: Sobolev Aleksandrovic; Demin Michailovic; Los Fedorovic; Maibuk Yaroslavovic
Original assignee: INST FIZ ZEMLI IM O JU SMIDTA
Current assignee: INST FIZ ZEMLI IM O JU SMIDTA
Priority date: 1984-08-21
Filing date: 1984-08-21
Publication date: 1989-04-20
Also published as: SE8601675L; BR8407349A; SE8601675D0; AU571277B2; AU3501984A; SE448579B; US4692905A; DE3490759T1; JPS61503048A; WO1986001609A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Geophysik und betrifft Verfahren zur Auffindung von Bodenschätzen unter Anwendung einer seismischen Erkundung und einer Erkundung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, insbesondere ein Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper.

Bisheriger Stand der Technik

Die räumliche Verteilung der polymetallischen Erzkörper über das umgebende Gebirgsmassiv ist recht kompliziert. Die Mächtigkeiten der Erzkörper von industriellem Interesse hängen von der Wertigkeit eines nützlichen Minerals oder einer Gesamtheit von Mineralien ab. In manchen Fällen lohnt es sich, Erzkörper von einigen Zentimetern Mächtigkeit auszubeuten, während unter anderen bergtechnischen Bedingungen die minimale Mächtigkeit der Erzkörper, deren Gewinnung wirtschaftlich ist, einige zehn und sogar hundert Zentimeter übertrifft. Die Feststellung der Mächtigkeit der Erzkörper ist daher ein wichtiger Aspekt der geophysikalischen Erkundung.

Üblicherweise wird die Mächtigkeit der polymetallischen Erzkörper mit geologischen Methoden festgestellt, die darin bestehen, daß in der Lagerstätte ein Erkundungsbau durchgeführt, ein Erkundungsbohrnetz hergestellt und nach einer Änderung der Zusammensetzung des Bohrkernes die Mächtigkeit des durch ein Bohrloch angeschnittenen Erzkörpers bestimmt wird. Meist beträgt der Abstand zwischen den Bohrungen ca. 20 m. Dieses Verfahren ist recht arbeitsintensiv, erfordert einen großen Zeit- und Kostenaufwand, aber trotzdem ist es unzureichend effektiv, weil einzelne Bohrungen bei einer komplizierten Konfiguration des Erzkörpers an die Stellen einer Mächtigkeitsabnahme des Erzkörpers geraten und die Daten über die benachbarten Bohrungen schlecht korrelieren.

Es gibt auch manche geophysikalische Verfahren zur Einschätzung der Mächtigkeit der Erzkörper, ohne sie durch Bohrungen oder Erkundungsbaue aufzuschließen. Auf der Grundlage einer bekannten Erscheinung - piezoelektrischer Polarisation vom Gestein - ist eine Methode einer piezoelektrischen Erkundung quarzhaltiger Erzkörper entwickelt worden. Die Anwendung dieses Verfahrens gibt die Möglichkeit, die Mächtigkeit eines Quarzganges nach der Dauer eines elektromagnetischen Impulses festzustellen, der durch einen quarzhaltigen Erzkörper bei dessen Erregung durch eine elastische Welle (G. A. Sobolev, V. M. Demin "Mechanisch-elektrische Erscheinungen in der Erde", veröffentlicht 1980, Verlag "Nauka" (Wissenschaft), S. 91) erzeugt wird.

In diesem Verfahren ist es aber nicht möglich, die Mächtigkeit polymetallischer Erzkörper zu bestimmen, die eine geringe Menge von Piezoelektrika als Mineralien, wie sie Quarz, Sphalerit sind, oder gar keine Piezoelektrika als Mineralien enthalten, weil die polymetallischen Erzkörper keine elektromagnetische Strahlung piezoelektrischer Natur erzeugen. Das bekannte Verfahren ist also unanwendbar auf die meisten Metallagerstätten in der UdSSR und in anderen Ländern der Welt.

Es ist auch ein Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper bekannt, die keinen piezoelektrischen Effekt besitzen, der darin besteht, daß in einem die Erzkörper umgebenden Gebirgsmassiv elastische Wellen mindestens zweimal erregt und die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses jedes Impulspakets einer durch die Erzkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung des Rundfunkwellenbereiches registriert wird, wobei die Anzahl dieser Pakete bei jeder Erregung der Anzahl der Erzkörper (SU-Urheberschein 9 72 453, angemeldet am 04. 03. 81, bekanntgemacht am 07. 11. 82 im Bulletin "Entdeckungen, Erfindungen, Geschmacksmuster und Warenzeichen", H. 41, Internat. Kl. 3 GO1 VII/00) gleich ist. Das Verfahren gestattet es, einen vorhandenen Erzkörper - Nichtpiezoelektrikum - auf der Grundlage eines Vergleiches von Zeiten und Amplituden der elektromagnetischen Signale im Niederfrequenz- und Hochfrequenzbereich festzustellen.

Dieses Verfahren gibt aber keine Möglichkeit, die Mächtigkeit der polymetallischen Erzkörper zu bestimmen.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper zu entwickeln, mit dessen Hilfe durch Messung der Dauer der durch die Erzkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung die Mächtigkeit der Erzkörper ermittelt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper, darin bestehend, daß in einem die Erzkörper umgebenden Gebirgsmassiv elastische Wellen mindestens zweimal erregt und die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses jedes Impulspakets einer durch die Erzkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung des Rundfunkwellenbereiches registriert wird, wobei die Anzahl dieser Pakete bei jeder Erregung der Anzahl der Erzkörper gleich ist, gemäß der Erfindung die Zeit des Einsatzes des letzten Impulses jedes Impulspakets der elektromagnetischen Strahlung bei jeder Erregung der elastischen Wellen registriert und aus der Differenz zwischen der Höchstzeit des Einsatzes des letzten Impulses und der Mindestzeit des Einsatzes des ersten Impulses der dem jeweiligen Erzkörper entsprechenden Impulspakete die Mächtigkeit jedes einzelnen Erzkörpers bestimmt wird.

Bekanntlich erzeugt der polymetallische Erzkörper bei dessen Erregung durch die elastischen Wellen des Tonfrequenzbereiches eine elektromagnetische Strahlung in einem Frequenzbereich von einigen kHz bis zu einigen MHz. Jeder Impuls entsteht in dem Punkt des Erzkörpers, in welchem beim Durchgang der elastischen Welle eine Mikrozerstörung eintritt. Bei einer erneuten Erregung des betreffenden Erzkörpers durch die elastische Welle aus dem gleichen Explosionspunkt entstehen die Mikrozerstörungen an anderen Stellen des Erzkörpers, d. h. als Quelle der Erzeugung der elektromagnetischen Impulse tritt in Grenzen des gleichen Körpers dessen anderer Abschnitt auf. Meist entstehen im Erzkörper bei einmaliger Erregung der elastischen Welle Dutzende von Impulsen, die auf einem Oszillogramm in Form eines Impulspakets registriert werden.

Im Zusammenhang mit einer Änderung der Ortslage der Quellen der elektromagnetischen Impulse ändert sich die Zeit des Einsatzes und des Ausfalls der Impulse im Paket bei jeder Erregung des Erzkörpers. Um die wahre Mächtigkeit eines polymetallischen Erzkörpers zu bestimmen, gilt es daher, die elastischen Wellen in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv mindestens zweimal zu erregen. Praktisch wird die Wiederholbarkeit eines Ergebnisses durch eine Serie aus 5 bis 6 Erregungen erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper gestattet es, die Mächtigkeit der in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv gelagerten polymineralischen Erzkörper recht schnell, genau, unter geringem Aufwand zu bestimmen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend an einem konkreten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, in der Zeitverläufe a, b, c einer elektromagnetischen Impulsstrahlung der Erzkörper jeweils bei der ersten, zweiten, dritten Erregung der elastischen Wellen gemäß der Erfindung dargestellt sind.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper besteht in folgendem.

In dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv werden mindestens zweimal elastische Wellen erregt und eine unter der Wirkung dieser elastischen Wellen durch die Erzkörper erzeugte elektromagnetische Impulsstrahlung registriert, bei der die Anzahl der Impulspakete während jeder Erregung der Anzahl der Erzkörper gleich ist. Es werden die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses und die Zeit des Einsatzes des letzten Impulses jedes Impulspakets bei jeder Erregung der elastischen Wellen gemessen. Die Zeiten werden verglichen, und es wird eine Differenz zwischen der Höchstzeit des Einsatzes des letzten Impulses und der Mindestzeit des Einsatzes des ersten Impulses der Impulspakete ermittelt, die dem jeweiligen Erzkörper entsprechen.

Die Mächtigkeit H _k jedes Erzkörpers wird nach der Formel:

errechnet, wobei
t - die Höchstzeit des Einsatzes des letzten Impulses bei einer j-ten Explosion,
t - die Mindestzeit des Einsatzes des ersten Impulses bei einer i-ten Expolosion,
- ein Mittelwert der Ausbreitungsgeschwindigkeit einer elastischen Welle in einem Erzkörper, das aus den Auskunftsdaten oder aus Parametermessungen bekannt ist,
H _k - die Mächtigkeit eines K-ten gesuchten Erzkörpers, worin j = 1, 2, . . ., n, i = 1, 2, . . ., n, K = 1, 2, . . ., n sind,
bedeuten.

Die detektierte elektromagnetische Strahlung besitzt die Eigenschaft, daß bei wiederholten Einwirkungen der elastischen Welle auf den Erzkörper bei diesem verschiedene Bereiche erregt werden. Deshalb ändert sich die Zeit des Einsatzes der dem gleichen Erzkörper entsprechenden ersten und letzten Impulse mit jeder Erregung. Mit der Mächtigkeitszunahme beim Erzkörper muß die Anzahl der Erregungen des Erzkörpers vergrößert werden, um ein sicheres Ergebnis zu erhalten. Praktisch wird die Wiederholbarkeit der Ergebnisse bei einer Serie aus 5 bis 6 Erregungen erreicht.

Um elastische Wellen in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv zu erregen, wird eine Sprengladung zur Explosion gebracht, deren Stärke vom Volumen des zu untersuchenden Gebirgsmassivs, vom Mineralaufbau der zu erkundenden Erzkörper und von den Bedingungen für die Ausbreitung der elastischen Wellen in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv abhängt.

Die Masse der Ladung beispielsweise von Ammonit wird in Grenzen von 200 g bis 10 kg gewählt. Hierbei liegt der Radius des zu untersuchenden Gebirgsmassivs in Grenzen von einigen zehn bis zu einigen hundert Meter vom Punkt der Erregung der elastischen Wellen. In den Fällen, wo das zu untersuchende Massiv nicht groß - von 10 bis 20 m - ist, können die elastischen Wellen mit Hilfe von nichtexplosiven Quellen, beispielsweise von einem Vioroseis, erregt werden.

Das vorliegende Verfahren zur physikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper wird am Beispiel einer dreifachen Erregung der elastischen Wellen in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv beschrieben.

Die Sprengladung wird in einer von der Erdoberfläche oder aus einem Grubenbau durchgebohrten Bohrung untergebracht. Unter der Wirkung der elastischen Welle entsteht in den polymetallischen Erzkörpern eine elektromagnetische Impulsstrahlung im Rundfunkwellenbereich von einigen kHz bis zu einigen MHz.

Die die durch die Erzkörper erzeugte Elektromagnetimpulse empfangende und registrierende Apparatur wird in einem beliebigen Grubenbau unweit vor dem zu untersuchenden Massiv, meist auf Entfernungen von nicht über 400 m von Explosionspunkt, untergebracht.

In den Zeitverläufen der elektromagnetischen Impulsstrahlung ist auf der Ordinatenachse die Spannung U am Ausgang der Registrierapparatur in V und auf der Abszissenachse die Zeit t in ms aufgetragen.

Die elektromagnetische Strahlung der Erzkörper stellt Pakete 1, 2, 3, 4, 5, 6 geräuschähnlicher Signale dar, die aus Kurzzeitimpulsen unterschiedlicher Amplitude und Polarität bestehen.

Bei der ersten Erregung der elastischen Wellen sind im Zeitverlauf "a" zwei Impulspakete 1, 2, bei der zweiten Erregung im Zeitverlauf "b" Impulspakete 3, 4, bei der dritten Erregung im Zeitverlauf "c" Impulspakete 5, 6 zu sehen, t = 0 bezeichnet den Explosionszeitpunkt.

Die Anzahl der Impulspakete der elektromagnetischen Strahlung ist bei jeder Erregung gleich der Anzahl der in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv gelagerten Erzkörper. Aus den Verläufen ist ersichtlich, daß in dem zu untersuchenden Massiv zwei Erzkörper entdeckt sind. Hierbei erzeugt der erste Erzkörper Impulspakete 1, 3, 5 der elektromagnetischen Strahlung und der zweite Erzkörper Pakete 2, 4, 6.

Dann wird aus den Zeitverläufen die Zeit des Einsatzes der ersten und der letzten Impulse jedes Pakets 1, 2, 3, 4, 5, 6 bei jeder Erregung ermittelt.

Für die erste Erregung der elastischen Wellen sind t₁ die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses des Impulspakets 1, t₂ die Zeit des Einsatzes des letzten Impulses des Impulspakets 1, t₃ die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses des Impulspakets 2, t₄ die Zeit des Einsatzes des letzten Impulses des Impulspakets 2.

Für die zweite Erregung sind t₁′ und t₃′ die Zeiten des Einsatzes des ersten Impulses t₂′ und t₄′ die Zeiten des Einsatzes des letzten Impulses für die Impulspakete 3 bzw. 4.

Für die dritte Erregung der elastischen Wellen sind t₁′′ und t₃′′ die Zeiten des Einsatzes des ersten Impulses, t₃′′ und t₄′′ die Zeiten des Einsatzes des letzten Impulses für die Impulspakete 5 bzw. 6.

Es werden die Mindestzeit t _min des Einsatzes des ersten Impulses und die Höchstzeit t _max des Einsatzes des letzten Impulses der dem gleichen Erzkörper entsprechenden Impulspakete ermittelt. Für den ersten Erzkörper sind

t _min = t₁′′, t _max = t₂.

Für den zweiten Erzkörper sind

t _min = t₃, t _max = t₄′′.

Die Mächtigkeit des ersten Erzkörpers wird nach der Formel:
H₁ =(t₂-t₁′′)

errechnet.

Die Mächtigkeit des zweiten Erzkörpers

H₂ = (t₄′′-t₃′) .

Zur Berechnung der Mächtigkeit des Erzkörpers wird die mittlere Geschwindigkeit der elastischen Welle im Erzkörper ausgenutzt, die aus Handbüchern bekannt ist sowie in einer konkreten Lagerstätte mit Hilfe speziell durchgeführter parametrischer Messungen mit bekannten Methoden einer Ultraschall-Funkmutung ermittelt werden kann.

Die Bestimmung der Mächtigkeit der Erzkörper wird im erfindungsgemäßen Verfahren im Laufe einer Arbeitsschicht durchgeführt, während die herkömmlichen geologischen Methoden ein Niederbringen von mehreren Bohrungen erfordert, was 1 bis 2 Wochen Arbeitszeit in Anspruch nimmt.

Zum besseren Verständnis des vorliegenden Verfahrens werden dessen konkrete Ausführungsbeispiele angeführt.

Beispiel 1

In einem Vorkommen polymetallischer Erze wurde eine geophysikalische Erkundung der polymetallischen Erzkörper mit dem Ziel durchgeführt, die Anzahl und die Mächtigkeit der in dem zu untersuchenden Gebirgsmassiv gelagerten polymineralischen Erzkörper festzustellen.

Die elastischen Wellen wurden durch eine dreifache Explosion einer Ammonitladung von 8 kg Masse erregt. Die Registrierapparatur wurde in einer Entfernung von 300 m vom Explosionspunkt aufgestellt.

Bei der ersten Erregung der elastischen Wellen wurden zwei Elektromagnetimpulspakete 1, 2 registriert. Die Zeiten des Einsatzes des ersten und des letzten Impulses betragen im ersten Paket 1: t₁ = 3,2 ms und t₂ = 4,6 ms und im zweiten Paket 2: t₃ = 8,1 ms und t₄ = 8,55 ms.

Bei einer erneuten Explosion sind die Zeiten t₁′ = 3,4 ms, t₂′ = 4,25 ms, t₃′ = 8,15 ms, t₄′ = 9,05 ms. Bei der dritten Explosion sind die Zeiten des Einsatzes der ersten und der letzten Impulse in den Paketen 5, 6 registriert: t₁′′ = 2,9 ms, t₂′′ = 3,7 ms, t₃′′ = 8,4 ms, t₄′′ = 9,35 ms.

Zur Bestimmung der Mächtigkeit des die Impulspakete 1, 3, 5 erzeugenden Erzkörpers wurde eine Differenz zwischen der Mindestzeit t₁′′ = 2,9 ms und der Höchstzeit t₂ = 4,6 ms errechnet.

Bei der bekannten mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit der elastischen Längswelle = 5,2 m/ms im Erzkörper wurde die Mächtigkeit des ersten Erzkörpers berechnet:

H₁ = (4,6-2,9) · 5,2 = 8,35 m

Für den zweiten die Impulspakete 2, 4, 6 erzeugenden Erzkörper wurde ausgehend von der Mindestzeit t₃ = 8,1 ms und der Höchstzeit t₄′′ = 9,35 ms des Einsatzes des ersten bzw. des letzten Impulses die Mächtigkeit H₂ = 6,5 m ermittelt.

Beispiel 2

In einem anderen Vorkommen polymetallischer Erze wurden die Erzkörper aufgefunden und deren Mächtigkeit bestimmt. In einem auf einer Entfernung von 350 m von der Empfangsregistrierapparatur liegenden Punkt eines Grubenbaues wurde eine Explosionsserie mit einer Ammonitladung von je 6 kg durchgeführt. Nach der ersten Explosion wurden drei Elektromagnetimpulspakete in einem Frequenzbereich von 0,2 bis 3,0 MHz registriert, die drei verschiedenen Erzkörpern zugeordnet sind. Die Zeiten des Einsatzes des ersten und des letzten Impulses betrugen in jedem Paket: für das erste Paket t₁ = 3,3 ms, t₂ = 3,6 ms; für das zweite Paket t₃ = 13,6 ms, t₄ = 16,4 ms; für das dritte Paket t₅ = 18,6 ms und t₆ = 19,0 ms.

Die mittlere Geschwindigkeit der elastischen Welle ist in den Erzkörpern des betreffenden Vorkommens gleich 5 m/ms. Nach den Ergebnissen der Durchführung der ersten Explosion wurde eine Vorschätzung der Mächtigkeit dreier Erzkörper

H₁ = (3,6-3,3) · 5 = 1,5 m;
H₂ = (16,4-13,6) · 5 = 14 m;
H₃ = (19,0-18,6) · 5 = 2 m

angestellt.

Nach der Durchführung vier weiterer Explosionen wurden die Mindest- und die Höchstzeit des Einsatzes der Impulse für alle Pakete ermittelt, die jeweils dem ersten Erzkörper t _min = 3,3 ms, t _max = 4,2 ms; dem zweiten Erzkörper: t _min = 13,6 ms, t _max = 17,5 ms; dem dritten Erzkörper: t _min = 18,4 ms, t _max = 19,5 ms entsprechen. Im Ergebnis wurden die Mächtigkeiten dreier polymetallischer Erzkörper: H₁ = 4,5 m; H₂ = 19,5 m; H₃ = 4,0 m ermittelt.

Nach der Überprüfung dieser Daten durch nachträgliches Bohren und bei Betrieb der Erzkörper erwies es sich, daß die im erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Mächtigkeiten von den wahren um 5 bis 10% abweichen, was den an die Erkundung derartiger Erzkörper gestellten Forderungen durchaus genügt.

Industrielle Anwendbarkeit

Das Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper wird in den Stadien der Suche und Erkundung von Erzkörpern verwendet, die Zinn, Blei, Gold, Zink, Quecksilber, Molybdän, Wolfram, Antimon, Seltenerden enthalten.

Claims

Verfahren zur geophysikalischen Erkundung polymetallischer Erzkörper, darin bestehend, daß in einem die Erzkörper umgebenden Gebirgsmassiv elastische Wellen mindestens zweimal erregt und die Zeit des Einsatzes des ersten Impulses jedes Pakets einer durch die Erzkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung des Rundfunkwellenbereiches registriert wird, wobei die Anzahl dieser Pakete bei jeder Erregung der Anzahl der Erzkörper gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit des Einsatzes des letzten Impulses jedes Impulspakets (1, 2, 3, 4, 5, 6) der elektromagnetischen Strahlung bei jeder Erregung der elastischen Wellen registriert und aus der Differenz zwischen der Höchstzeit des Einsatzes des letzten Impulses und der Mindestzeit des Einsatzes des ersten Impulses der dem jeweiligen Erzkörper entsprechenden Impulspakete (1, 3, 5 und 2, 4, 6) die Mächtigkeit jedes einzelnen Erzkörpers bestimmt wird.