روشهای اکتشاف مواد معدنی- بخش دوم

حفاری

حفاری روش اصلی کاوش و ارزیابی مورد استفاده در اکتشاف و نیز در خلال مراحل مختلف توسعه معدن و انتهای پی جویی می باشد، چرا که به سادگی قادر به فراهم نمودن ابزارهای کارآمد و مقرون به صرفه تعداد زیادی نمونه زیر سطحی است. پس از کاوش، با پیشرفت اکتشاف کانه های معدنی از طریق مراحل مطالعه معدنکاری، هدف حفاری از تشریح یک منبع اولیه به تعریف دقیق منابع با استفاده از حفاری تبدیل می گردد. حفاری همچنین در این زمان برای جمع آوری نمونه های سنگ دارای کانی زایی جهت آزمایش متالورژی و تعیین خصوصیات ژئوتکنیکی و رفتار مکانیکی مورد انتظار سنگ باطله در خلال و بعد از معدنکاری، به پایان رسیده است. حفاری همچنین برای اجرای آزمونهای زیر سطحی سایتهای زیرساختهای معدنی برای اطمینان از عدم وجود کانسنگ (به اصطلاح حفاری استریلیزاسیون) مورد استفاده قرار می گیرد، اما این کار لزوما همیشه انجام نمی شود.

بسته به هدف از روشهای مختلف حفاری استفاده می شود. Air core drilling (برای نمونه برداری ژئوشیمیایی)، ضربه ای (چرخش معکوس - RC، و انفجار هوای دوار - RAB) و حفاری سرمته الماسه (برای جمع آوری نمونه های کانی زایی) متداولترین روشها در اکتشاف مواد معدنی هستند.

تحقیق در مورد استفاده از یک برنامه اصلاح شده از روش حفاری لوله های فولادی کویل شده صنعت نفت و گاز (که از یک لوله واحد فولادی نورد شده در یک کویل بسیار طولانی و با وزن حداکثر 80 تن استفاده می کند) در طول اکتشافات معدنی انجام می شود و انتظار می رود هزینه حفاری برای جمع آوری داده های زمین شناسی و ژئوشیمیایی را به طور قابل توجهی کاهش دهد. در حال حاضر این روش فقط خرده های حفاری ریز دانه تولید می کند، که برای اهداف اکتشافی اولیه رضایت بخش است اما به دلیل کیفیت بالقوه غیرقابل اطمینان نمونه به دست آمده، قادر به تعریف یک ماده معدنی نیست. بازیابی نمونه های با کیفیت بالا برای برآورد یک منبع معدنی ضروری است و به نوع سنگ حفاری شده و تخصص و تجربه حفار وابسته است. اگر کمتر از 95 درصد سنگهای حفر شده، در سطح بازیابی شوند، سطح بالایی از اطمینان نسبت به عیار اختصاص داده شده کاهش می یابد، زیرا بعضی از مواد معدنی مورد نظر از بین رفته اند.

یک برنامه تعریف منابع با برنامه ریزی درست اطلاعات ژئوتکنیکی را در هنگام لاگ کردن و تصویر برداری با کیفیت بالا از مغزه ها برای تجزیه و تحلیلهای بعدی توسط مهندسان ژئوتکنیک جمع آوری می کند. بیشتر مغزه ها با استفاده از حفاریهای جهت دار جمع آوری می شوند که امکان انحراف حفاری از جهت برنامه ریزی شده و کج شدگی آن قابل تعیین می باشد و نمونه مغزه های در راستای محور جمع آوری می شوند. این اطلاعات مکانی برای همبستگی زمین شناختی، تعیین دقیق جهتهای ساختاری و ارزیابی منابع بسیار مهم می باشند.

مهندسان ژئوتکنیک و کانی شناسان از طریق مطالعه مغزه حفاری اطلاعات قابل توجه و ارزشمندی برای ارزیابی منابع بدست می آورند. به طور مشابه، متخصصان کانی شناسی با شناسایی و تعیین کمیت مواد معدنی که در مقاومت و سختی سنگ و همچنین در فرآوری سنگ معدن و بازیافت فلز اثرگذار می باشند، اطلاعاتی را به تحقیقات مهندسی و متالورژی ارائه می نمایند.

فن آوریهای لاگینگ ژئوفیزیکی درون گمانه ای، که مدتهاست در صنعت نفت و گاز و هنگام کاوش زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرند، در اکتشاف فلزات کاربردهای گسترده تری پیدا کرده اند. این فن آوریهای لاگینگ برای اندازه گیری خصوصیات فیزیکی سنگهای حفاری شده از سونداژ استفاده می کنند. در حال حاضر تحقیقات برای تکمیل لاگینگ ژئوفیزیکی در هنگام اکتشاف فلزات با تهیه ترکیب ژئوشیمیایی فلورسانس اشعه ایکس (XRF) و کانی شناسی پراش اشعه ایکس (XRD) از خرده های حفاری/ گل محل در طول حفاری، به همان روشی که مادون قرمز موج موج (SWIR) در دو دهه گذشته در حوزه لاگینگ مغزه استفاده شده است، در حال تکمیل می باشد. پیش بینی می شود که این فنون تحلیلی سرانجام به همراه سونداژهای ژئوفیزیکی درون گمانه ای مورد استفاده قرار گیرند.

فن آوریهای لاگینگ ژئوفیزیکی درون گمانه ای، که مدتهاست در صنعت نفت و گاز و هنگام کاوش زغال سنگ مورد استفاده قرار می گیرند، در اکتشاف فلزات کاربردهای گسترده تری پیدا کرده اند.

فرایند اکتشاف

روند اکتشاف در بین شرکتها متفاوت است، اما به طور کلی یک سری مراحل نسبتاً قابل پیش بینی را دنبال می کند که برای شناسایی هدف برای آزمایش با حفاری طراحی شده اند. مگر در مواردی که از ابتدا کانی سازی شناخته شده را مورد هدف قرار دهیم، احتمالاً مرحله اولیه این روند ماهیت ناحیه ای خواهد داشت و برای ناحیه ای به مساحت هزاران کیلومتر مربع اعمال می شود.

اکتشاف ناحیه ای

اکتشاف منطقه ای با هدف جمع آوری اطلاعاتی انجام می شود که اندازه منطقه جستجو را به منظور شناسایی یک یا چند منطقه برای بررسی دقیق و احتمالاً رسیدن به اولین هدف از سه هدف اکتشافی- تشخیص ناهنجاریها در اسرع وقت کاهش می دهد. این کاهش در اندازه نیز به کاهش مهلت زمانبندی اکتشافات، مجوزها یا برنامه های پرداخت و غیره کمک می کند. شرکتها ترجیح می دهند مکانی که نقشه های زمین شناسی قابل اعتماد و سایر نقشه های زمین شناسی دولتی به همراه تمام اکتشافات قبلی در دسترس هستند، در صورت حفظ اطلاعات- گاهی از طریق گزارشهای دولتی موجود هستند، اما اغلب نیاز به خرید نیز دارند - از آنجا که این نتایج در ارزیابیهای منطقه ای بسیار سریعتر و مؤثرتر است، را مورد اکتشاف قرار دهند. به طور معمول، نتایج تحقیقات مرحله منطقه ای در مقیاسهای 1:10000: تا1:25000 تفسیر می شود، اگرچه تالیفات اولیه ممکن است در مقیاسهای کوچکتر و در مناطق بزرگتر انجام پذیرد. اگر یک نقشه دقیق توپوگرافی، از یک آژانس دولتی یا از یک برنامه اکتشافی با استفاده از فناوری LIDAR در دسترس باشد، تفسیر داده ها تا حد زیادی تسهیل می شود.

اکتشاف ناحیه ای به طور تغییر ناپذیری شامل تهیه نقشه زمین شناسی است که توسط نقشه های ژئوشیمیایی (آبراهه و احتمالاً خاک) و در برخی موارد بررسیهای ژئوفیزیکی معمولاً هوایی با استفاده از یک یا چند روش مختلف مغناطیسی، رادیومتری و الکترومغناطیسی (و به طور فزاینده ثقل سنجی) پشتیبانی می شود. هدف شناسایی ناهنجاری نوعی زمین شناسی، ژئوشیمیایی یا ژئوفیزیکی یا در حالت ایده آل ترکیبی از این موارد است. مناطق دارای آنومالی، با یا بدون نشانه های سطح معدنی، برای اکتشاف در مقیاس پی جویی مشخص خواهند شد. ویژگیهای سنگهای دیواره شاخص کانی سازی (به ویژه آلتراسیون هیدروترمال) است که اندازه هدف را برای بیشتر آنومالیهای زمین شناختی و ژئوشیمیایی (معمولاً در رسوبات آبراهه ای) برای نواحی کانی سازی، افزایش می دهد. ناهنجاریهای ژئوفیزیکی این مزیت را دارد که ممکن است شواهدی از کانی سازی را بدون هیچ نشانه ای از سطح، چه در بیرون زدگی و چه در جایی که پوشش پس از کانی سازی وجود دارد، به راحتی قابل تشخیص سازد.

هدف شناسایی ناهنجاری نوعی زمین شناسی، ژئوشیمیایی یا ژئوفیزیکی یا در حالت ایده آل ترکیبی از این موارد است.

پی جویی

پی جویی به دنبال محدود کردن منبع ناهنجاری به یک منطقه خاص برای آزمایش با حفاری است. یک پی جویی معمولاً بسته به کانسنگ هدف، مساحتی کمتر از 20-10 کیلومتر مربع را در بر خواهد گرفت. در حالیکه کانی سازی باعث ناهنجاریهای ژئوشیمیایی در خاک یا سنگ می شود، تهیه دقیق نقشه زمین شناسی، که احتمالاً از طریق حفاری کم عمق برای به دست آوردن نمونه های زیرزمینی پشتیبانی می شود، و بررسیهای ژئوفیزیکی EM و/یا IP، ممکن است برای یافتن شواهد بیشتری از کانی سازی انجام پذیرند. معمولاً پس از شناسایی یک ناهنجاری ژئوشیمیایی، تصمیمگیری در مورد اینکه کدامیک یک از آزمونهای آنومالی بلافاصله با حفاری انجام یا بررسیهای اضافی سطحی مقرون به صرفه تر و کارآمدتر است، صورت می پذیرد. در جاییکه نتایج حاصل از حفاری اولیه مشوق انجام آزمونهای بعدی است، مطمئناً حفاریهای عمیقتر انجام می شود.

اگر کانی سازی در عمق و بدون هرگونه نشانگر سطح قابل تشخیص رخ دهد، اهداف حفاری به نتایج حاصل از تهیه نقشه زمین شناسی، برداشهای ژئوفیزیکی، نتایج اکتشاف قبلی (از جمله حفاری) و تفکر مفهومی متکی خواهد بود. در این شرایط، مدلهای کانسنگ برای شناسایی اهداف حفاری، همراه با نشانه های زمین شناسی و/یا ژئوفیزیکی حمایتی مهم می باشند. انتظار می رود که در آینده ناهنجاری ژئوشیمیایی سطحی بسیار کمی که منعکس کننده بیرونی ترین هاله یک کانسار باشد ممکن است در ارائه پشتیبانی از حفاری به طور فزاینده ای مفید واقع شود.

تغییرات ظریف در ترکیب عناصر کمیاب مواد معدنی، مانند اپیدوت و کلریت در اطراف کانسارهای مس پورفیری و پیریت در اطراف کانسار سرب-روی در سنگ میزبان رسوبی، نشان دهنده راستای به سمت مراکز کانی زایی می باشد. برای ارزیابی مطمئن اثر چنین عنصر کمیابی، تحقیقات قابل توجه بیشتری در مورد تنوع کانی شناسی و تأثیرات هیدروترمال پیش از تحقق پتانسیل کامل استفاده از ژئوشیمی، ضروری است.

حفاری برای کاوش

هنگامیکه یک ناهنجاری، و ارتباط احتمالی آن با کانی سازی مشخص شد، حفاری ضربه ای یا هسته مته الماسه معمولاً برای بررسی بیشتر و احتمالاً دستیابی به هدف دوم اکتشافی استفاده می شود. با اینحال، با وجود عدم قطعیت برای موقعیت کانی زایی پیش بینی شده، اجرای فقط یک حفاری برای آزمون آنومالی ناکافی می باشد.

بسیاری از روشهای ژئوفیزیکی تخمین موقعیت و عمق منبع ناهنجاریها را ممکن می سازند، که اغلب به این معنی است که می توان مقدار حفاری مورد نیاز را کاهش داد. با اینحال، این بسیار وابسته به نوع، اندازه و هندسه فرض شده در کانسنگ و روش ژئوفیزیکی مورد استفاده می باشد. تفسیر ژئوفیزیکی همچنین وابسته به میزان نقش و سهم دانش زمین شناسی در تفسیر دارد – به عنوان مثال همکاری ژئوفیزیست با یک زمین شناس آشنا به منطقه و نوع کانسار هدف آن کار می کند.

با وجود عدم قطعیت برای موقعیت کانی زایی پیش بینی شده، اجرای فقط یک حفاری برای آزمون آنومالی ناکافی می باشد.

یک نکته مهم در برنامه ریزی برای حفاری اکتشافی، درک اولیه از ابعاد احتمالی کانسار هدف است. این برنامه ریزی همچنین باید این احتمال را در نظر گرفت که حفاری ممکن است مصالح دارای کانی سازی ضعیف یا فاقد کانی سازی را بالا بیاورد، چرا که در حاشیه کانسار قرار گرفته، کانی سازی همگن نیست، یا در اثر نفوذهای پس از کانی سازی یا سایر اثرات زمین شناسی مختل کننده، مانند گسلش مبهم است. در نتیجه، تعداد کافی از حفاری باید اجرا گردد تا، حداقل یکی از حفاریها که از کانی سازی قابل توجهی عبور می کند، فرصت واقعی را فراهم آورد.

---

پایان بخش دوم

نگارنده