Description:

"First Break том 25, Июль 2007, специальная тема Рудная геофизика Разработка скважинного гравиметра для применения в горнодобывающей промышленности. Development of a borehole gravimeter for mining applications Chris Nind1 и Harold O. Seigel2 (Scintrex) и Michel Chouteau3 и Bernard Giroux4 (Ecole Polytechnique de Montreal) излагают предпосылки применения нового гравиметра, базирующегося на испытанной технологии кварцевой системы, небольшого диаметра которого позволяет производить измерения в промышленных разведочных скважинах на глубинах до 2 км. Гравиметр обеспечивает ту же чувствительность, что и современные наземные гравиметры. Вариации гравитационного поля Земли отражают распределение тектонических пород различной плотности. Эти вариации в настоящее время наблюдаются посредством чувствительных приборов, гравиметров, на поверхности земли, а в последнее время и в воздухе с аппаратурой, установленной на самолетах. Применение таких измерений в горнорудной промышленности играет важную роль при поисках, оценке и разработке минерально-сырьевых ресурсов, включая металлические и неметаллические полезные ископаемые. На сегодняшний день состояние развития наземных гравиметров может обеспечить чувствительность порядка миллиардных долей нормального земного гравитационного ускорения (микрогаллы). Однако до настоящего времени из-за их больших размеров использование таких гравиметров в горной промышленности ограничивалось наземными измерениями, или изредка в обширных подземных выработках, таких как стволы шахт и штольни. Наземные гравиметрические измерения, как и следовало ожидать, дают больше информации о распределении плотностей пород, залегающих ближе к поверхности, чем о породах на больших глубинах. В настоящее время общепринятая практика работы для определенных видов полезных ископаемых на известных рудниках состоит в исследовании и разработке их на глубинах до 1-2 км под поверхностью земли. Гравиметрические измерения, проведенные на поверхности земли, оказывают небольшую помощь при работе на таких глубинах. Значительная польза может быть получена от развития гравиметрических измерений в скважинах. Скважинные гравиметрические измерения отражают распределение плотностей горных пород на глубине с большей чувствительностью и пространственным разрешением по отношению к объекту исследования, чем наземные измерения. В сочетании с геологической информацией и другими геофизическими характеристиками непрерывно записанные на каротажную диаграмму гравитационные данные обеспечивают исходную информацию для трехмерного количественного моделирования находящейся под поверхностью геологической среды. В дополнение к обычному разведочному применению скважинные гравиметрические измерения способны обеспечивать количественную информацию об объемной плотности пластов, пересекаемых скважиной. На некоторых этапах разработки полезных ископаемых, включающих анализ ископаемых, планирование шахт и контроль качества, важно иметь точно определенное значение объемной плотности руды. 1 tcnind@scintrexltd.com. 2 thseigel@rogers.com. 3 tchouteau@geo.polymtl.ca 4 tgiroux@geo.polymtl.ca. Smith (1950) представил аргументы в пользу сбора гравиметрических данных в скважинах. Несколько лет спустя LaCoste&Romberg создали скважинный гравиметр для применения его при поисках и разработке нефтепродуктов. Гравиметр был запущен в серийное производство Edcon в 1970 г. (Herring, 1990). Van Popta и др. (1990) описали результаты скважинной гравиметрической съемки для количественного определения вторичной газонасыщенности трещиноватых продуктивных известняковых пластов и дали рекомендации по усовершенствованию существующей методики. Большой диаметр и ограниченный предел автоматического нивелирования скважинного гравиметра L&R привели к невозможности его использования на большей части скважин небольшого диаметра, обычно использующихся в горных работах. В настоящее время Sintrex разрабатывает гравиметр, основанный на испытанной технологии кварцевой системы, который имеет достаточно небольшой диаметр, чтобы проникать в разведочные скважины, обычно пробуренные для разработки месторождений полезных ископаемых; в то же время прибор сохраняет ту же чувствительность, что и современные наземные гравиметры. Одновременно в рамках этого проекта Sintrex работает с Ecole Polytechnique, Монреаль, над созданием комплекта программного обеспечения для интерпретации результатов каротажа и прогнозирования гравитационного поля под поверхностью земли на основании геологического моделирования. Возможности применения Существует два основных типа использования данных, которые могут быть получены по скважинным гравиметрическим измерениям. Первый тип может быть назван "дистанционным обнаружением", когда гравитационные данные обеспечивают информацию о распределении плотности в толщах пород в непосредственной близости к скважине и на расстоянии от нее. Для ознакомления с ранними результатами оценок глубины и формы аномальных масс см. Smith (1950). Данные "дистанционного обнаружения" позволяют исследователям, насколько это возможно, создавать трехмерное представление геологической среды под поверхностью земли, основываясь только на наземных гравиметрических наблюдениях, но с намного большей пространственной разрешающей способностью и чувствительностью к более глубинным структурам. Второй тип использования связан с исключительно скважинными гравиметрическими измерениями, а именно, определение объемной плотности горных пород, пересекаемых скважиной. LaFehr (1983) и Li and Chouteao (1999) создали теоретическую базу для метода определения объемной плотности. Ими показано, что если мы измеряем гравитационное поле на двух различных уровнях в скважине и вычитаем вертикальный градиент аномалий силы тяжести в свободном воздухе, полученная разность будет пропорциональна значению объемной плотности пластов между двумя уровнями в окрестности с радиусом, в пять раз превышающим расстояние по вертикали между пунктами измерений (Herring, 1990). Уравнение, связывающее аномалии в свободном воздухе с поправкой за градиент поля силы тяжести (g в микроГал метр) со значением объемной плотности (d в г см3) пластов между двумя уровнями и G, универсальной гравитационной постоянной, записывается следующим образом: d_ g (4G) _ 0.01193 g (1) Значение объемной плотности, полученное по этой формуле, будет теоретическим значением, так как обычно геологические формации, пересеченные скважиной, не являются однородными и горизонтально-слоистыми. Однако оно дает исходное значение для интерпретации скважинных гравиметрических данных, что было использовано LaFehr (1983) и Li and Chouteao (1999). Чтобы определить относительную точность определения d по таким измерениям, мы можем принять стандартное отклонение (SD) отдельных гравиметрических измерений равным 5 микроГалам, так что SD разницы между двумя такими измерениями должно быть 7 микроГал. SD положения каждой точки измерения предполагается равным порядка 5 см, и разница между такими измерениями должна быть равна 7 см. Если мы предполагаем, что расстояние по вертикали, требуемое для определения плотности, равно 5 м, тогда SD измерения объемной плотности пород в пределах около 25 м в скважине будет 0.02 г см3. Мы теперь обсудим некоторые возможные специфические приложения скважинных гравиметрических наблюдений при разработке полезных ископаемых в каждом из двух вышеупомянутых типе. Дистанционное обнаружение Массивные сульфидные месторождения На многих разрабатываемых месторождениях ресурсы полезных ископаемых, обнаруженные по результатам исследования и разведки на поверхности, исчерпаны и ведется поиск дополнительных запасов бурением на глубинах, иногда превосходящих 2 км (например, Салливанское месторождение и месторождение никеля в Садбери). Чтобы обнаружить линзы сульфидов, которые не подсечены скважиной, в таких разведочных скважинах часто используется скважинный электромагнитный каротаж. ЕМ аномалии не дают ни надежных оценок масс источника обнаруженной аномалии удельной проводимости, ни представления о том, является ли источник сульфидным телом, металлическим проводником, таким как графит, или зоной интенсивно рассланцованных пород. Скважинные гравиметрические измерения, проведенные в качестве дополнения к ЕМ каротажу, помогают ответить на эти вопросы. Скважинные гравиметрические измерения позволяют рассчитывать избыточные массы и, когда проводится каротаж нескольких скважин, проводить трехмерную реконструкцию месторождения. Типичный гравитационный эффект при скважинной гравиметрии от массива сульфидов, не подсеченного скважиной, характеризуется увеличением значений аномалии силы тяжести над центром масс тела и уменьшением значений под ним. Точка перегиба отмечает приблизительную глубину центра масс, а длина отрезка прямой между пиками аномалии позволяет оценить расстояние от скважины до центра масс. Если скважина не распространяется глубже центра масс, то наблюдается только рост значений аномалий силы тяжести. Чтобы получить представление о величине амплитуд наблюденных аномалий, рассмотрим следующий пример. Компактное единое массивное (10 мегатонн) пирротиновое (Ni Cu) тело с плотностью 4.6 г см3, с центром масс на расстоянии 150 м от скважины будет создавать аномалию с полной амплитудой (от минимума до максимума) около 1000 микроГал. Если центр масс отнести на расстояние 300 м от скважины, мы получим аномалию с амплитудой около 250 микроГал, превышающей предполагаемую точность (10-20 микроГал) гравиметрических измерений, исправленных за влияние обычно принятых факторов. Рудно-металлические тела, как правило,' Ключевые слова: свободный воздух, уровень, метод, каротаж, специальный, скважина должный, гравитационный эффект, максимум, широта, рассчитать, указывать, руда, должный, тяжесть, пункт измерение, гравиметрический измерение, тело kelly, объёмный, поверхность, моделирование, земля, подход, gz, порода, уровень море, максимальный расстояние, дать, измерение, kelly, использованный, распределение, определение, аномалия, пункт, полученный, gzz, break, максимальный, gravity data, исследование, высота, линия, месторождение, рудный, центр, глубинный, гравитационный, скважинный, обычный, объемный, ископаемое, скважинный гравиметрический, рисунок, показывать, ?гала, содержание железо, значение, seigel, плотностный, бурение, geophysics, lafehr, близповерхностный, вертикаль, edcon, получить, глубинный зона, использование, marcotte, тип, предел, гравиметрический, амплитуда, зона, эффект, результат указывать, использовать, точность, глубина, гравиметр, сложный, полезный ископаемое, поле, геофизик, геологический, чувствительность, ?gz ?z, вмещать, сила тяжесть, скважина, модель, пик, рудный тело, наблюдение, разработка месторождение, объёмный плотность, датчик, центр масса, устье скважина, плотность, каротажный, вмещающий, eage, градиент, аномалия сила, полезный, lake, наземный, разработка, вертикальный, расстояние, geophysical, оцененный, kelly lake, гал, качество, расположить, поправка, gravity, borehole, поверхность земля, тело, положение, применение, масса, простой, вмещать порода, информация, гравиметрический дать, июль, popta, сила, избыточный масса, вертикальный градиент, результат, зонд, измерение должный, chouteau, избыточный, тема, горный, вмещающий порода