Из таблицы видно, основу проводников составляют самородные элементы, оксиды составляют основу полупроводников с повышенной электропроводностью, сульфиды - полупроводников с пониженной электропроводностью, а силикаты и алюмосиликаты - диэлектриков. Повышенную электропроводность обеспечивают металлическая и ковалентно-металлическая типы кристаллических связей.

2. Вопросы теории

2.1 Перечислите все известные вам свойства, которыми обладает горная порода в связи с присутствием в ней ферромагнитных минералов

o Магнитный атомный порядок и спонтанная намагниченность у ферромагнитных минералов существует только при температуре ниже критической, называемой температурой Кюри (И). Повышение температуры приводит к разупорядочению векторов атомных моментов в ферромагнитном минерале, что ведет к спаду спонтанной намагниченности до нуля. Поскольку основное свойство ферромагнетика - спонтанная намагниченность - исчезает, то минерал проявляет парамагнетные свойства. Т. о., точка Кюри - температура перехода ферромагнитного минерала в парамагнитное состояние.

o Области самопроизвольной намагниченности, на которое разбивается ферромагнитный кристалл ниже точки Кюри, называются магнитными доменами. Энергетическая выгодность разбиения ферромагнитного кристалла на домены объясняется тем, что на его магнитное состояние, кроме энергии обменного взаимодействия, оказывают влияние и другие виды энергии, в частности, энергия магнитной кристаллографической анизотропии и магнитостатическая энергия. Благодаря наличию энергии магнитной кристаллографической анизотропии спины атомов ориентируются вдоль оси легкого намагничивания в кристалле или стремятся образовать с нею наименьший возможный угол. В конечном итоге, при разделении образца ферромагнетика на небольшие разнонаправленные домены магнитостатическая энергия уменьшается и может быть сведена к минимуму.

o В области сильных полей происходит вращение векторов намагниченности доменов из направления легкого намагничивания в более трудное, параллельное намагничивающему полю. Когда все магнитные моменты доменов ориентируются параллельно внешнему магнитному полю, намагниченность минерала достигает своего максимального значения и при дальнейшем увеличении магнитного поля не изменяется. Если последовательно уменьшать величину намагничивающего поля, образец начинает размагничиваться в обратной последовательности. Поскольку в механизме намагничивания присутствовали необратимые явления, кривая размагничивания не совпадает с кривой намагничивания (магнитный гистерезис), а после снятия внешнего магнитного поля образец полностью не размагничивается.

2.2 Какие классификационные признаки используют в петрофизических классификациях

Петрофизическая классификация - распределение геологических объектов по классам (группам), связанным в систему и различающимися по интересующему нас физическому параметру или по совокупности физических параметров.

В качестве классификационного признака используются чаще всего значения какого-либо физического параметра, например, магнитной восприимчивости, плотности или нескольких параметров, как было указано выше. Кроме значений физических параметров, в качестве классификационного признака может служить наличие у геологического объекта какого-либо физического состояния: минералы горных пород объединены в группы диэлектриков и полупроводников, диамагнетиков, полупроводников и ферромагнетиков.

Также судят по измеренным значениям этих физических параметров - по величинам удельного электрического сопротивления, магнитной восприимчивости, по наличию остаточной намагниченности, значениям точки Кюри и др. В петрофизических классификациях, наряду с физическими параметрами, могут использоваться также минералогические и геохимические признаки:

3. Петрофизические зависимости

Рисунок 1

Петрофизические группы пород выделены по степени их основности-кремнекислотности, т.е. по содержанию в породе оксидов оснований - железа, кальция и магния, с одной стороны, и по содержанию кремнекислоты - с другой. Таким образом, оксиды железа являются одним из классификационных показателей пород, поэтому мы видим закономерное увеличение содержание железа от кислых разностей пород (граниты) к основным (габбро) и ультраосновным (перидотиты и дуниты). В таком же порядке возрастает в породе доля железомагнезиальных силикатов (биотиты, пироксены, оливины, амфиболы).

Магнитная восприимчивость пород также закономерно изменяется по мере возрастания их основности. Но эта зависимость сложная, статистического порядка. При увеличении содержания железа в породе увеличивается доля пород с более высокими значениями магнитной восприимчивости, растет средняя магнитная восприимчивость горных пород, увеличивается диапазон значений ?, ее максимально возможное значение. То есть налицо прямое соотношение между магнитностью пород и содержанием железа, в среднем: породы с большим содержанием Fe, более основные, как правило, и более магнитны, и наоборот. Но в каждой разновидности пород, исключая дуниты, имеются слабомагнитные (? < 300* ед. СИ) разности. Содержание железа в породе определяет лишь потенциальную возможность образования ферромагнетика. Хорошо видно, что из данных пород максимальную магнитную восприимчивость имеет перидотит, так как в нем содержится больше железа, чем в других породах. Самую же низкую магнитную восприимчивость имеет гранит.

Рисунок 2

Данная геологическая формация, отображенная на рисунке и ее характеристики, указывают на ее принадлежность к I петрофизической группе, т.к. она обладает характерной низкой и средней плотностью и слабой намагниченностью пород.

Каменноугольная формация Вилюйской синеклизы обладает большей плотностью, чем буроугольная формация (формации характеризуются недислоцированными покровами молодых платформ). Намагниченность осадочных формаций слабая, в основном не выходящая за пределы (0-50)* А/м. В целом, намагниченность формаций слаболитифицированных и среднелитифицированных пород изменяется в меньших пределах, чем у литифицированных, а вариации предельных значений намагниченности пород складчатых областей выше, чем платформ.

4. Петрофизическая характеристика месторождения Брокен-Хилл, Австралия

БРОКЕН-ХИЛЛ (Broken Hill) -- уникальное по содержанию свинца и цинка полиметаллическое месторождение вАвстралии. Открыто и эксплуатируется с 1883.

Месторождение сложено кварц-полевошпатовыми гнейсами, кристаллическими сланцами, кварцитами, амфиболитами нижнепротерозойского возраста, смятыми в изоклинальные складки. Оруденение приурочено к двум из них (восточная синклиналь и западная антиклиналь), осложнённым складчатостью более высокого порядка. Шесть сближенных рудных тел -- конкордантны складчатости, имеют пластовую, линзовидную и седловидную формы.

Главные рудные минералы -- галенит и сфалерит; присутствуют также пирротин, халькопирит, арсенопирит, тетраэдрит, самородное серебро и др. Жильные минералы -- кварц, кальцит, Ca-Mg-Fe-силикаты, а также гранат, полевой шпат, флюорит и др. Встречаются редкие образцы самородной меди (дендриты в форме папоротника) и серебра (наиболее крупный самородок 45 кг), минералов -- церуссита, смитсонита, пироморфита, кальцита, родонита, распита, маршита и др. С начала эксплуатации месторождения до 1976 добыто 120 млн. т руды с суммарным средним содержанием Pb и Zn 25% и Ag 150 г/т.

Оставшиеся запасы оцениваются в 72 млн. т руды (1978). Месторождение разрабатывается тремя шахтами и одним карьером. Основная добыча поступает с двух шахт компаний "New Broken Hill Consolidated Ltd." и "Zink Corporation Ltd.", объединённых едиными вентиляционными выработками. Глубина разработки около 850 м. Мощность разрабатываемых рудных тел до 150 м. Система разработки -- горизонтальные слои с гидравлической самотёчной закладкой (песчано-цементной смесью). Транспортировка руды до рудоспусков -- погрузочно-доставочными машинами, далее к подземнойщёковой дробилке в вагонетках ёмкостью 7 м3. Ежегодная добыча по Брокен-Хиллу.: Pb -- 250 тысяч т, Zn -- 400 тысяч т, Ag -- 600 т, Cd -- 200 т (1981). Попутно извлекаются Au, Cu, Sb, Со.

Краткая геологическая характеристика месторождения

Месторождение Брокен-Хилл представлено группой сближенных субпараллельных рудных залежей, вытянутых в длину на 7 км и прослеженных на глубину до 1000 м при мощности до 250 м. Максимальные мощности рудных тел отмечаются в шарнирах.

Выделяются три этапа формирования руд: 1) первичный вулканогенно-осадочный, 2) метаморфогенный, 3) регенерации. На последнем этапе за счет древних руд образовались поздние гидротермальные прожилки с редкими сульфидами серебра.

Вертикальная зональность проявлена в том, что цинковые руды залегают выше свинцовых; горизонтальная зональность - в том, что цинковые руды развиты на юго-западе, а свинцовые - на северо-востоке. Раньше месторождение Брокен-Хилл относилось к гидротермальным, однако сейчас большинство австралийских геологов считает его стратиморфным: в начале - вулканогенно-осадочным, позднее - глубокометаморфизированным совместно с вмещающими породами до гранулитовой фации.

5. Описание петрофизической модели рудного месторождения

Оценка физических свойств горных пород необходимы для правильного определения методики постановки геофизических работ и интерпретации результатов. При анализе возможностей геофизических методов для выбора комплекса при решении поставленной задачи исследователь абстрагируется от конкретных свойств объекта, используя его некоторую абстрактную модель со статистически усредненными физическими свойствами, формой и геометрией. По определению Г.С.Вахрамеева под физико-геологической моделью понимают совокупность абстрактных возмущающих тел, обобщенные размеры, форма, физические свойства и взаимоотношение которых с той или иной степенью детальности аппроксимируют реальную геологическую обстановку. Приведенное определение является общим, в одинаковой степени пригодным для аппроксимации, любого геологического объекта, будь то блок земной коры, нефтегазоперспективная или любая иная геологическая структура, рудное поле, месторождение отдельное рудное поле и т.д. Главная цель создания ФГМ -- математическое моделирование ситуации, т.е. расчет различных физических полей.

Например, рудное тело, сложенное сульфидами, залегает в однородной вмещающей среде (рис. 8.1). Формой тела может быть шар или эллипсоид, или другая геометрическая фигура. Заданы физические свойства тела и вмещающей среды, такие как плотность, удельное сопротивление, намагниченность, поляризуемость, электрохимическая активность. Задав размер и глубину залегания можно рассчитать физические поля и определить наиболее подходящий набор геофизических методов.

Модель сульфидного тела и рассчитанные физические поля над ним

Таким образом, физико-геологическая модель отражает взаимосвязи существенных свойств моделируемого геологического объекта с регистрируемыми в его окрестностях либо ожидаемыми полями.

Реальные ФГМ могут иметь и более сложный вид. Основой для формирования ФГМ служит петрофизическая модель.

Под петрофизической моделью понимают объемное распределение в геологическом пространстве различных физических параметров, которые с определенной степенью вероятности характеризуют строение реального геологического объекта.

Описания петрофизической модели может содержать сведения в виде разрезов, текста, таблиц, формул, графиков зависимостей. Форма представления модели зависит от геологической задачи, для решения которой эта модель разрабатывается. При изменении геологической задачи в петрофизическую модель объекта вносятся изменения либо создается новая модель. Различают петрофизические модели априорные и апостериорные, детерминированные, статистические и стохастические, статические и динамические. На стадии проектирования геофизических работ формируются априорные петрофизические модели, с помощью которых определяют наиболее эффективные петрофизические параметры для проведения геофизических исследований. Параметры априорной модели уточняются в процессе геолого-геофизической интерпретации, т.е. создается апостериорная модель изучаемого геологического объекта.

Свойства петрографических моделей: Петрофизические модели являются адресными, т.е. эффективно могут быть использованы для решения геологической задачи, для которой они создавались. При изменении геологической задачи в петрофизическую модель объекта необходимо внести изменение либо создать новую модель.

Петрофизическая модель почти всегда носит комплексный характер, т.е. описывает моделируемый объект с точки зрения его отличия от вмещающей среды по нескольким петрофизическим параметрам (магнитная восприимчивость, радиоактивность, поляризуемость и др.).

Петрофизическая модель подобна геологическому объекту только в пределах рассматриваемых свойств. Речь здесь идет о том, что петрофизическая модель отображает геологический объект не только со стороны его физических свойств. В конкретных моделях, соответствующих разным геологическим задачам, могут отображаться разные особенности физической характеристики геологического объекта.

Петрофизическая модель зависит от физико-геологической изученности объекта и среды и является ее результатом. Появление новых геологических, минералого-геохимических, петрофизических и геофизических сведений об используемом объекте может существенно изменить его петрофизическую модель.

электропроводность петрофизический геологический месторождение

5.1 Петрофизическая модель редкометалльных месторождений