Петрофизика Удоканского месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Классификация минералов по электропроводности

Вопросы теории. Петрофизические зависимости

Краткая геологическая характеристика Удоканского месторождения

Петрофизическая характеристика месторождения

Петрофизическая модель месторождения

Понятие петрофизической модели

Петрофизическая модель медно-порфирового месторождения

Специальное исследование

Вывод

Использованная литература



Цель курсовой работы - приобретение навыка поиска, анализа, обобщения и изложения (в том числе и в форме реферата) петрофизической информации.

Исходные материалы - данные по электрическим, магнитным и плотностным свойствам горных пород, приведенные в учебнике по физике горных пород [1], а также в лекционном курсе; геологические сведения о рудных месторождениях из учебника [2].

Задачи курсовой работы:

Распределить минералы по петрофизическим группам;

Проанализировать месторождение по геологическим и петрофизическим характеристикам;

Рассмотреть петрофизическую модель рудного месторождения;

Привести свой пример решения задачи.



Классификация минералов по электропроводности

Минерал	Формула		Кристаллическая связь
Проводники
Железо		(9-12)	Металлическая
Никель		(6-7)	Металлическая
Медь		1.6	Металлическая
Серебро		1.5	Металлическая
Платина		9.8	Металлическая
Ртуть		9.5	Металлическая
Золото		2	Металлическая
Висмут		(12-14)	Металлическая
Полупроводники с повышеннойэлектропроводностью
Графит			Ковалентно-металлическая
Пирит			Ковалентно-металлическая
Галенит			Ковалентно-металлическая
Халькопирит			Ковалентно-металлическая
Пирротин			Ковалентно-металлическая
Арсенопирит			Ковалентно-металлическая
Ковелин			Ковалентно-металлическая
Борнит			Ковалентно-металлическая
Магнетит			Ковалентно-металлическая
Рутил			Ионно-ковалентная
Куприт			Ионно-ковалентная
Ильменит			Ионно-ковалентная
Титанома- гнетит	Fe(Fe3+, Ti)2O4		Ионно-ковалентная
Уранинит			Ионно-ковалентная
Гематит			Ионно-ковалентная
Хромит			Ковалентно-металлическая
Пиролюзит			Ковалентно-металлическая
Полупроводники с пониженнойэлектропроводностью
Сфалерит			Ковалентно-металлическая
Антимонит			Ионно-ковалентная
Шпинель			Ионно-ковалентная
Лимонит			Ионно-ковалентная
Касситерит			Ионно-ковалентная
Шеелит
Молибденит			Ковалентная
Диэлектрики
Кварц			Ионно-ковалентная
Корунд			Ионно-ковалентная
Флюорит			Ионная
Галит			Ионная
Сильвин			Ионная
Кальцит			Ионная
Доломит			Ионная
Арогонит			Ионная
Киноварь			(Тригональная модифик.
Сера			Ковалентная
Ортоклаз			Ковалентная
Анортит			Ковалентная
Биотит			Ковалентная
Роговая обманка			Ковалентная
Актинолит			Ковалентная
Хлориты	(Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2·(Mg,Fe)3(OH)6		Ковалентная
Эпидот	Ca2Al2FeIII(SiO4)3OH		Ковалентная
Авгит			Ковалентная
Оливин			Ковалентная

* приведен упрощенный состав

** могут иметь меньшее в связи с присутствием.вкрапленностей сульфидов и оксидов железа

Основные минералы по составу в группах:

Основой проводников являются самородные элементы.

Основой полупроводников с повышенной электропроводностью являются сульфиды и оксиды.

Основой Полупроводников с пониженной электропроводностью являютсяоксиды.

Основой Диэлектриков являются силикаты и алюмосиликаты.

Кристаллохимические связи, обеспечивающие повышенную электропроводность:

Металлическая

Ковалентно-металлическая

Рис. 1 Петроплотностная и петромагнитная классификации магматических горных пород (по Н.Б. Дортман и др., 1984):

1-6 - термодинамические условия образования магматических очагов: мантийные глубинные (1), мантийные подкоровые (2), нижнекоровые орогенные (3) и тектонической активизации (4), верхнекоровые (5); 6 - различные формации; 7 - экструзивные и пирокластические фации эффузивных пород.

Судя по рисунку 1, плотность интрузивных пород от их основности относится к повышенной плотности. Плотность эффузивных пород от их основности относится малой низкой плотности. Также по рисунку 7.5. видно, что у интрузивных пород термодинамические условия образования: мантийные глубинные, мантийные подкоровые, а также различные формации. Соответственно, у эффузивных горных пород: мантийные глубинные, различные формации.

Характерным в приведенной зависимости является то, что при малых значениях коэффициента пористости незначительные изменения его приводят к резкому изменению сопротивления породы, когда коэффициент пористости больше 2%, градиент сопротивления заметно снижается, а при более высокой пористости пород (свыше 5-10%) он становится в первом приближении постоянным.

Рис. 2. Петрофизические группы интрузивных траппов Норильского района (по Э.Н. Линду): а - гистограммы магнитной восприимчивости и Q-фактора; б - средние значения плотности и температуры Кюри; в - типы кривых размагничивания переменным магнитным полем, 1 - 5 - номера петрофизических групп.

В основу петрофизической классификации пород габбро-долеритовой формации положены следующие сведения: законы распределения и числовые статистические характеристики магнитной восприимчивости, остаточной намагниченности, плотности, Q-фактора, особенности направлений Jn, стабильность к термо-размагничиванию и переменному полю, тип ферромагнетика (по температуре Кюри). Учитывается также возраст, минерально-геохимический состав, степень дифференцированности и рудоносности пород. Э.Н. Линд и др. (1987) выделяют 5 петрофизических групп интрузивных пород Норильского района.

Iгруппа - слабодифференцированные интрузии оливиновых долеритов и габбро-долеритов, слагающие силлы и пластообразные залежи мощностью до 250 м.

II группа - слабодифференцированные пойкилоофитовые долериты и оливинсодержащие габбро-долериты, слагающие силы и пологосекущие тела.

III группа - силы и пологосекущие тела титан-авгитовых долеритов и трахидолеритов мощностью до 50 м.

IVгруппа - рудоносные дифференцированные интрузии габбро-долеритов Норильского комплекса.

Vгруппа - слабодифференцированные оливиновые и троктолитовые габбро-долериты.



Петрофизика Удоканского месторождения

Краткая геологическая характеристика месторождения

Расположен в Северном Прибайкалье. Участок сложен толщей метаморфизованных миогеосинклинальных карбонатно-терригенных отложений удоканской серии нижнего протерозоя. Рудоносная пачка мощностью 20-330м образована ритмично переслаивающимися отложениями дельтовой и мелководно-морской фаций (снизу вверх): конгломератобрекчиями, преимущественно кварцевыми песчаниками с известковистым цементом и алевролитами, часто характеризующимися косой слоистостью. Месторождение приурочено к Намингинской брахисинклинали (длиной 15 км), опрокинутой к северу (рис.54). Она осложнена складками и взбросо-сдвигами, к которым приурочены дайки габбродиабазов.

Рудные тела имеют согласные пласто-, линзо- и лентовидную формы. Богатые залежи тяготеют к поверхностям размыва в локальных депрессиях и русловых впадинах; по простиранию они прослеживаются до 2-3 км. Выделяются 3 типа руд: пирит-халькопиритовые, халькопирит-борнитовые и борнит-халькозиновые. Руды представляют собой кварцитовидные песчаники или алевролиты с тонкой (десятые доли миллиметра) вкрапленностью сульфидов. Главные рудные минералы - халькозин, борнит, халькопирит и пирит, второстепенные - магнетит и гематит. Руды монометальные - медные. Текстуры руд - вкрапленные, слоистые, пятнистые, брекчиевые и прожилково-вкрапленные; структуры-цементные, аллотриоморфнозернистые, графические, решетчатые, эмульсионные, петельчатые и интерсертальные.

В вертикальном разрезе меденосной толщи намечаются 4 зональных серии регрессивного типа, в каждой из которых устанавливается смена (снизу вверх) пирит-халькопиритовых руд борнит-халькозиновыми; местами вертикальная зональность обратная - трансгрессивного типа. Горизонтальная зональность выражается в том, что к прибрежной зоне (на севере) тяготеют преимущественно борнит-халькозиновые руды, а к более глубоководным участкам лагунного бассейна (на юге) - пирит-халькопиритовые.

Выделяются 4 стадии рудообразования. В первые две стадии - семидентационную и катагенетическую - формировались главные промышленные руды. Они были изменены в последующие стадии - сначала в результате регионального метаморфизма, а затем контактового. Региональный метаморфизм зеленосланцевой фации вызвал перекристаллизацию цемента песчаников, регенерацию рудных минералов и образование кварц-сульфидных жил при температуре 300-4000С (по данным декрепитации). Контактово-метаморфический процесс, связанный с дайками габбродиабазов, привел к более интенсивной регенерации сульфидов и возникновению в приконтактовой зоне мелких, но довольно богатых кварц-сульфидных тел с температурой образования 300-4500С. Руды Удокана характеризуются колебаниями д 34S от +13,5 до -21,8% при резко повышенном количестве ее легких изотопов, что указывает на биогенное происхождение серы.

Петрофизическая характеристика месторождения

В Удоканском месторождении выделяются 3 типа руд: пирит-халькопиритовые, халькопирит-борнитовые и борнит-халькозиновые. Главные рудные минералы - халькозин, борнит, халькопирит и пирит, второстепенные - магнетит и гематит. Рассмотрим физические свойства этих руд.

Плотность рудных минералов зависит от их средневзвешенной относительной атомной массы. В данной таблице плотность колеблется между значениями 4-5,6*103 кг/м3. Все минералы из таблицы можно отнести к плотным или тяжелым минералам (у0>4*103 кг/м3).

Плотность рудных минералов:

Минерал	Плотность, 103 кг/м3	Минерал	Плотность, 103 кг/м3
Халькозин	5,6	Халькопирит	4,1
Борнит	5,1	Гематит	4,86
Пирит	4,5	Магнетит	4,7

Плотность горных пород зависит от их генезиса, минерального состава, пористости, трещиноватости, влажности, степени метаморфизма, а также от температуры и давления при залегании на значительных глубинах в тоще земной коры.

Плотность горной породы, точнее ее твердой фазы, или минеральног скелета ут, зависит от плотности слагающих породу минералов утi. Теоритически ее можно рассчитать по формуле:

ут=Уутi*Vi,

где Vi - доля объема, занимаемого каждым минералом.

Рудная пачка отличается более сложным строением, большим разнообразием типов пород и обильной вкрапленностью сульфидов меди. В строении пачки принимают участие аргиллиты, алевролиты, песчаники и конгломерато - брекчии с весьма сложными взаимопереходами как по простиранию, так и по разрезу.

Плотность большинства горных пород изменяется в пределах (1,6-3,5)*103 кг/м3. В порядке возрастания плотности породы выстраиваются в следующий ряд: осадочные, магматические, метафморфические.

месторождение минерал горный порода

Плотность осадочных пород:

Порода	Пределы значений плотности, 103 кг/м3	Порода	Пределы значений плотности, 103 кг/м3
Обломочные породы	Глинистые породы
Алевролит	1,8-2,8	Аргиллиты	1,7-2,9
Песчаник	2,0-2,9
Брекчия	1,6-3,0
Конгломерат	2,1-3,0

Горные породы состоят из минерального скелета, или твердой фазы, и порового пространства, обычно заполненного жидкой и газовой компонентами. Таким образом, пористость - это свойство породы содержать не заполненные твердой фазой объемы внутри нее. Поры - это небольшие пространства, не занятые минеральным скелетом, замкнутые, или сообщающиеся между собой и атмосферой.

Коэффициентом общей пористости называют отношение суммарного объема пор Vпор к общему объему сухой породы Vс: kп=Vпор/Vс.

Коэффициенты пористости обычно выражают в процентах. В зависимости от минерального состава, условий залегания, степени диагенеза, возраста, структуры осадков или породы они изменяются от значений, близких к нулю, до 90%.

Самые высокие значения коэффициента общей пористости характерны для первичных осадков: песчаных, глинистых, известковых, диатомитовых, радиоляриевых, бокситовых.

Значения пористости общей пористости kп горных пород и полезных ископаемых:

Порода, полезное ископаемое	kп, %
Осадки,осадочные породы
Алевролит	1-50
Песчаник	0,5-40
Аргиллит	1-30

Крепость горной породы, то есть сопротивляемость ее разрушению при любом виде приложения нагрузки, оценивается величиной коэффициента крепости f по шкале профессора М.М. Протодьяконова. Коэффициент крепости в первом приближении пропорционален пределу прочности на сжатие: f=усж*10-7.

По шкале М.М. Протодьяконова все горные породы разделены на 10 категорий: от «в высшей степени крепких пород» до «плывучих пород». Максимальным значением коэффициента крепости равным 20 отмечаются кварциты и базальты. К крепким породам с f=10 относятся граниты, очень крепкие песчаники и известняки, конгломераты, кварцевые рудные жилы.

Значения коэффициента крепости f некоторых минералов и горных пород:

Название минерала,горной породы	Коэффициент крепости f
Магнетит	5,9
Пирит	10,8
Аргиллит	3-5
Алевролит	2-9
Песчаник	16



Магнитная восприимчивость горных пород характеризует способность их намагничиваться современным магнитным полем Земли. Магнитная восприимчивость - это весьма информативный магнитный параметр горных пород, а также наиболее просто измеряемый магнитный параметр, по которому в настоящее время накоплен достаточно представительный статистический материал, касающийся различных горных пород.

Влияние размера зерен на величину магнитной восприимчивости осадочных горных пород позволяет в ряде случаев по ? определять направления сноса осадочного материала, поскольку вблизи областей денудации осадки, как правило, более грубозернистые.

Различие магнитной восприимчивости осадочных пород в разных элементах структуры земной коры

Порода	Магнитная восприимчивость, 10-5 ед. СИ
	Платформы (чехол)	Складчатые структуры
Песчаник	0-200	0-41000
Алевролит	0-290	0-2500
Аргиллит	0-190	0-355

По причине разной удаленности от областей сноса наблюдается различие в магнитной восприимчивости осадочных пород складчатых и платформенных регионов.

Удельное электрическое сопротивление минералов изменяется в очень широких пределах - от 10-8 до 1018 Ом*м. по электропроводности их условно можно разделить на три группы.

В первую группу входят самородные элементы. Вторую группу образуют сульфиды и оксиды. Сульфиды обычно обладают электронным типом проводимости, но нередки случаи, когда у них отмечается дырочная или смешанная проводимость. Разный тип электропроводности встречается у галенита, арсенопирита, молибденита. Галоиды, карбонаты, силикаты составляют третью группу.

Удельное электрическое сопротивление минералов

Минерал	с, Ом*м	Минерал	с, Ом*м
1	2	3	4
Сульфиды
Пирит	10-5-100	Борнит	10-4-10-1
Халькопирит	10-5-100
Оксиды
Магнетит	10-2-10-5	Гематит	10-1-102

Значительные участки в земной коре занимают также сульфидизированные образования. Сульфиды в земной коре составляют около 0,15 % от общей массы и встречаются в различных породах в виде рассеянной вкрапленности, прожилков или сплошных скоплений. Сульфиды в большинстве своем обладают весьма малым удельным сопротивлением - от 102 до 10-5 Ом*м.

Удельное электрическое сопротивление руд и основного минерала в них

Основной минерал в руде	с, Ом*м
	Руда	Минерал
Пирит	10-4-101	10-5-10-2
Халькопирит	10-4-10-1	10-4-7*10-4
Магнетит	10-2-11	10-4

Петрофизическая модель месторождения

Понятие петрофизической модели

Под петрофизической моделью понимают объемное распределение в геологическом пространстве различных физических параметров , характеризующих главные петрофизические структурно-вещественные комплексы изучаемого рудного поля, месторождения полезного ископаемого, рудного тела или другого геологического объекта.

Что составляет содержание петрофизической модели? Согласно Н.Н. Боровко (1979), модель объекта должна содержать совокупность имеющихся о нем сведений, способствующих решению поставленных геологических задач. Эти сведения могут быть представлены в виде таблиц, текста, графиков, формул, при этом представления модели также зависит от геологической задачи, для которой эта модель создается. Так, если задача заключается в определении коэффициента пористости (Кn) по измеренным значениям удельного электрического сопротивления с, то петроэлектрическая модель осадочной породы с коэффициентом пористости от 3-5 до 20-40% может быть представлена следующим аналитическим выражением (Дахнов, 1962):

с=асвКn-m,

где св-удельное сопротивление поровой воды, а m,a-параметры модели.

Наиболее сложными являются петрофизические модели, создаваемые для решения поисково-картировочных и разведочных задач геофизическими методами. Петрофизическая модель в этом случае является основой формирования так называемой физико-геологической модели [Вахромеев, 1978], необходимой для обоснования возможностей геофизических методов при решении различных геологических задач.

Под петрофизической моделью (ПФМ) понимают объемное распределение в геологическом пространстве различных физических параметров, характеризующих главные петрофизические структурно-вещественные комплексы изучаемого рудного поля, месторождения полезного ископаемого, рудного тела или другого геологического объекта.

Общая последовательность формирования ПФМ включает такие операции:

Формулирование геологической задачи и выбор объекта моделирования;

Анализ любой геолого - геофизической информации, имеющейся по эталонным объектам;

Сбор эталонной коллекции образцов, измерение физических свойств основных разновидностей горных пород и руд;

Статистическая обработка результатов этих измерений и выделение петрофизических неоднородностей;

Геометризация в геологическом пространстве отдельных петрофизических неоднородностей по возможности в виде тел правильной геометрической формы.

Петрофизическая модель медно-порфировых месторождений.

Семейство медно-порфировых месторождений объединяет месторождения, представленные крупными скоплениями небогатых медных и молибденовых прожилково-вкрапленных руд штокверкового типа, связанные с гипабиссальными порфировыми интрузиями умеренно кислого состава.

Собственно медно-порфировые месторождения образуются в завершение ранних стадий развития эвгеосинклиналей и приурочены к ассоциации вулканогенной базальтоидной и плутоногенной габбро-диорит-кварцево-диоритовой формаций. Медно-молибден-порфировые месторождения формируются в миогеосинклиналях на орогенном этапе их развития и приурочены к ассоциации пород более кислого состава - андезитоидная и диорит-гранодиорит-монцонитовая формации.

На месторождениях широко развиты гидротермальные изменения пород, сопровождающиеся прожилковой и вкрапленной сульфидной минерализацией, преимущественно пирита, халькопирита и молибденита. Рудные тела представляют собой области скопления прожилково-вкрапленных сульфидов, оконтуренные по повышенным содержаниям в породах меди и молибдена. Они отличаются большими размерами при низких содержаниях рудных элементов: меди 0,2-0,7%, молибдена - 0,005-0,015%.

Главными признаками ПФМ медно-порфировых месторождений являются:

Повышенные магнитность и плотность рудоносных гранитоидов в сравнении с вулканогенно-осадочными породами рамы;

Близкие тенденции в поведении физических параметров пород при оруденении и гидротермальном изменении;

Низкая магнитность руд и большинства гидротермально измененных пород;

Повышенная поляризуемость и слабоповышенная электропродность руд и метасоматитов;

Единая зональность изменения физических параметров рудовмещающих пород и рудных тел.

Обобщенная петрофизическая модель медно-молибден-порфировогоместорождения представленная на рис. 10.44. петрофизические изменения пород, связанные с медно-порфировым оруденением, захватывают большие объемы пород и распространяются далеко за пределы рудных тел. Главное в модели - петрофизическая зональность, согласующаяся с метасоматической и рудной зональностью.

Стержнем зональной структуры медно-порфировых месторождений является рудоносный порфировый шток (рис. 10.44). Ее центральную часть слагает зона повышенной радиоактивности, совпадающая с рудным телом и обрамляемая зоной пониженной радиоактивности, которая сменяется на глубине зоной повышенной магнитности.

Зона повышенной радиоактивности сложена калишпат-биотитовыми (в нижней части) и хлорит-серицитовыми метасоматитами. В вертикальном разрезе зоны молибденовая минерализация сменяется медно-молибденовой, а затем медной, увеличивается количество сульфидов в метасоматитах, и, соответственно, - их поляризуемость (з до 10%).

Зона пониженной радиоактивности обрамляет рудное тело и представлена относительно низкотемпературными метасоматитами типа пропилитов. Породы зоны характеризуются повышенной поляризуемостью за счет вкрапленности пирита, количество которого возрастает в направлении к границам рудного тела.

Специальное исследование

Какой физический параметр, влияющий на электропроводность породы (минерала), изменяется при высоком давлении (Р>9.108 Па), если в этих условиях наклон с=f(t) зависит от давления?

Способность горных пород проводить постоянный электрический ток, т. е. формировать упорядоченный поток заряженных частиц (электронов, ионов) под действием электрического поля, оценивается удельным электрическим сопротивлением , измеряющимся в Омм или удельной электрической проводимостью г, измеряющейся в См/м:

с=1/г=RS/l

где R - сопротивление проводника, Ом; 

l - длина проводника, м; 

S - площадь поперечного сечения проводника, м2.

Удельное электрическое сопротивление горных пород определяется рядом факторов: их минеральным составом, пористостью, температурой, давлением, минерализацией пластовых вод, извилистостью поровых каналов, соотношением воды и углеводородов ( нефти, газа) в поровом пространстве и др. Следовательно, по величине удельного электрического сопротивления можно установить литологию пород, их структуру, содержание в разрезах полезных ископаемых.

Давление вышележащих пластов и внутреннее гидростатическое давление также влияет на удельное электрическое сопротивление горной породы. Увеличение давления приводит к уменьшению пористости и возрастанию сопротивления.



Вывод

В данной курсовой работе мы приобрели навыки поиска, анализа петрофизической информации. А именно в первом задании определили удельные электрические сопротивления, распределили минералы по петрофизическим группам и по этим значениям построили таблицу.

Во втором задании дали ответы на контрольные вопросы из учебника [1], привели и анализировали рисунки петрофизических зависимостей.

В третьем задании привели общие сведения о месторождении Удокан. В краткой геологической характеристике месторождения изложили сведения о форме и составе рудных тел, условиях их образования и залегания. В петрофизической характеристике месторождения мы расписали магнитную восприимчивость, плотность, удельное электрическое сопротивление.

В четвертом задании в реферативном виде мы расписали понятие и свойства петрофизической модели. Выбрали петрофизическую модель медно-порфирового месторождения, привели графическое представление модели.

А также в специальном исследовании привели версию решения одной из заданных задач, а именно во второй задаче про изменение электропроводности породы при высоких давлениях.



Использованная литература

Физика горных пород: Учебник для вузов /, Ерофеев Л.Я., Вахромеев Г.С., Зинченко В.С., Номоконова Г.Г. - Томск: Изд-во ТПУ, 2006. - 520с.

Курс рудных месторождений /Смирнов В.И. и др. - М.:1981, 1986. - 360с.

Размещено на Allbest.ru

...