Содержание

1. Введение
2. Методика работ и технические средства измерений
3. Принципы интерпретации и способы обработки геофизических данных
4. Результаты геофизических исследований
5. Результаты заверки геофизических аномалий
6. Заключение
7. Список использованных источников
8. Рисунки
Приложение 1. Техническое задание по контракту 01-03 от 14 марта 2003г.
Приложение 2. Справка АО «Лиепаяс-Металлургс»

1. Введение

Настоящий отчет является результатом комплексных электро-магнитометрических исследований, выполненных в пределах девяти разобщенных участков – промышленных площадок, расположенных на территории АО «Лиепаяс металургс» (Латвийская республика). Все отработанные участки (Рис. 1) представляют собой рекультивированные отвалы, сформированные многолетним складированием отходов металлургического производства. По своим масштабам и условиям залегания отвалы АО «Лиепаяс металургс», как и многих других металлургических предприятий, могут рассматриваться как техногенное месторождение промышленно ценных компонентов (железа, легирующих металлов, строительного и дорожного сырья). Отличительные особенности таких объектов:

- близповерхностное залегание продуктивного слоя переменной мощности, обычно не превышающей первого десятка метров;

- неравномерность распределения в объеме отвала участков, концентрирующих шлаки различного химического состава, отличающиеся между собой по электрическим и магнитным характеристикам;

- присутствие в шлаковой толще скоплений крупногабаритных коржей и их обломков, отличающихся, как правило, высокой магнитной активностью и электропроводностью;

- залегание в основании отвала естественных песчано-глинистых грунтов.

Такие свойства объекта благоприятны для постановки электро- и магнитометрии для технологического картирования, то есть, выявления и локализации в плане и по глубине участков, обогащенных вторичным металлургическим сырьем, оценки общей продуктивности частей отвала, установления других особенностей строения техногенной толщи. Отметим, что названные геофизические технологии традиционно применяются при поисках и разведке первичных (природных) железорудных месторождений. В то же время высокий уровень промышленных помех, трудные условия устройства гальванических заземлений на поверхности отвала осложняют применение контактных низкочастотных электрометрических методов, не препятствуя применению бесконтактных методов радиочастотного диапазона.

Комплекс геофизических методов, включающий в себя радиоволновые наблюдения и магнитометрию, ранее был успешно опробован нами на шлакоотвалах АК «Тулачермет» (Россия) [ 5 ]. Другие примеры практического применения геофизических технологий на отвалах металлургических предприятий нам не известны.

В процессе настоящих исследований перед геофизическими наблюдениями были поставлены следующие основные задачи:

1. Уточнение в плане контура развития техногенных отложений, выявление общей структуры и особенностей строения шлакоотвала.

2. Установление пространственного распределения в объеме отвала магнитоактивных и электропроводящих (энергопоглощающих) образований.

3. Выделение и оконтуривание на этой основе участков, обогащенных металлической фракцией. Оценка технологических параметров выделенных объектов – линейных размеров, глубины залегания, степени насыщения металлом.

Одновременно осуществлялся выбор оптимальных технико-методических параметров самих геофизических наблюдений применительно к решению поставленных задач в условиях действующего производства.

Работы выполнены в 2003 г. силами специалистов компании «Экомашгео» (г. Тула, Россия) при содействии и технической поддержке работников АО «Лиепаяс металургс».
Техническое оформление рисунков выполнил инженер Глинский П.А.
Оформление отчета выполнено специалистами ООО «ЭкоМашГео».

2. Методика работ и технические средства измерений.

Комплексные геофизические наблюдения на профилях включали в себя высокочастотную электрометрию и пешеходную магнитометрическую съемку, что позволяет использовать для характеристики разреза техногенной толщи независимые физические параметры – удельную электропроводность материала, диэлектрическую проницаемость, магнитную восприимчивость и остаточную намагниченность.

Электрометрия.

В последнее десятилетие найдены эффективные способы излучения и регистрации радиоволн на полуплоскости, а также оригинальные методические приемы производства наземных радиоволновых измерений, существенно расширяющие их информативность при исследовании верхних частей геологических разрезов. Для картирования шлакоотвалов использовалась разработанная с участием авторов настоящего отчета технология наземного радиоволнового геометрического зондирования (РВЗ). Технология не имеет аналогов за рубежами России, она экспериментально опробована на месторождениях различных типов полезных ископаемых при решении геологических, горно-геологических и горно-технических задач, а также в инженерной и гидрогеологии [ 1; 6 ]. Метод РВЗ в силу особенностей измерения комплекса векторов электромагнитного поля радиоволновых частот (0.3 – 18 МГц), способен выделять в плане и разрезе обобщающий показатель горных пород, характеризующий их удельную электропроводность, диэлектрическую проницаемость и магнитную восприимчивость. Аномально высокими значениями этих параметров обладают искомые железосодержащие отходы металлургического производства.

Отличительной особенностью РВЗ от методов низкочастотной электрометрии являются высокие разрешающая способность и точность локализации в пространстве поисковых объектов, что достигается использованием наряду с эффектом поглощения радиоволн средой интерференционных, волноводных и других эффектов, сопровождающих распространение радиоволн.

Все радиоволновые наблюдения, выполненные в рамках рассматриваемых работ, производились при помощи специализированной аппаратуры «Геозонд-РЧ», предназначенной для изучения геологической среды с дневной поверхности, из горных выработок, между выработками и поверхностью.

Основные технические характеристики аппаратуры «Геозонд-РЧ»:

Диапазон частот, МГц 0,3 – 18
Мощность передатчика, Вт 1 – 6
Чувствительность приемника, мкВ 0,3 – 1
Динамический диапазон измерений, дБ

более 80

Дальность действия, м до 500
Тип антенн передатчика электрические
                    приемника электрические и магнитные
Энергопитание батарейное или аккумуляторное
Масса рабочего комплекта, кг 19

Для излучения и приема использовались стелящиеся антенные решетки электрического типа с длиной симметричных плеч по 1.2 м. Таким образом, измеряемый параметр – напряженность электрической составляющей высокочастотного электромагнитного поля, создаваемого электрическим диполем. Наблюдения на каждом разносе (от 5 м до 25–40 м с шагом 5 м) производились в поляриметрическом варианте при двух взаимно-ортогональных ориентациях антенн, соответствующих осевой и экваториальной измерительным установкам. Основной объем РВЗ выполнен на частоте 9 МГц, обеспечивающей достатоточную глубину зондирования разреза (5–6 м) при высокой разрешающей способности измерений. Также были опробованы наблюдения на частоте 4.5 МГц показавшие меньшую контрастность проявления энергопоглощающих образований.

При проведении радиоволновых наблюдений соблюдались требования инструктивных материалов [ 3; 4 ] и рекомендации изложенные в работе [ 6 ].

Магнитометрия.

Магнитометрия является прямым методом обнаружения скоплений восстановленного железа и его сплавов. В случае оценки уединенных скоплений залегающих в слабомагнитной толще по форме и интенсивности магнитных аномалий могут быть определены глубина залегания и количество железа. В условиях шлакоотвала такая характеристика может быть только качественной.

Пешеходная магнитная съемка проводилась по предварительно разбитой на местности сети профилей. Учет вариаций геомагнитного поля не проводился в связи с незначимостью амплитуды вариаций по сравнению с наблюдаемой на объекте изменчивостью самого поля. Работоспособность аппаратуры периодически контролировалась повторными измерениями на контрольных пунктах, организованных на каждом из участков. Другие особенности работы соответствовали требованиям,  предъявляемым действующей инструкцией [ 2 ] к магнитным съемкам среднего класса точности. 

Использовались два варианта магнитометрических наблюдений: с измерением Т – модуля полного вектора индукции геомагнитного поля и с измерением Z –вертикальной составляющей индукции геомагнитного поля.  Применение обоих указанных информационных параметров на европейских широтах  дает идентичные результаты, различия имеются лишь в деталях обработки и интерпретации.

Первый, более производительный вариант наблюдений использован на участках 9, 10 и 11, где градиенты магнитного поля до 200 нТл/м в большинстве случаев не препятствовали работе с протонным магнитометром ММП-203. В экспериментальном порядке на участках 9 и 10, отработанных в первую очередь, был опробован сгущенный до 1 м шаг измерений Т по профилю и двухуровневые измерения на высотах 2 и 3 м. Такие измерения позволили оценить характерную для шлакоотвалов степень изменчивости магнитного поля по вертикали и по латерали, что позволило в дальнейшем ограничиться шагом измерений по профилям 2.5 м, достаточным для решения поставленных задач. Существенного повышения информативности материалов магнитометрии измерения на двух уровнях не приносят, а производительность съемки при этом уменьшается. Рабочей высотой измерений полного вектора Т была выбрана высота 2 м.

Основные технические характеристики магнитометра ММП-203:

Диапазон измерения магнитной индукции, нТл 20000–100000
Погрешность отсчитывания, нТл 1
Градиент изменения магнитной индукции, нТл/м не более 200
Время одного измерения, с 3
Энергопитание

батарейное

Масса рабочего комплекта, кг 6

Второй, менее производительный вариант наблюдений, реализуемый при помощи оптико-механического магнитометра М-27М, свободен от ограничений по градиенту изменения поля магнитной индукции и применялся нами на остальных участках, где измерения  с магнитометром ММП-203 были затруднены. Кроме того, проведены повторные наблюдения по второму варианту на одном из профилей участка 10 для перекрытия высокоградиентного интервала, впоследствии вскрытого выработкой № 10/1. Рабочая высота измерений Z составляла 1.2-1.4 м, что определяется конструкцией прибора. Шаг измерений – 2.5 м.

Основные технические характеристики магнитометра М-27М:

Диапазон измерения магнитной индукции, нТл (-80000) –90000
Погрешность отсчитывания, нТл 1
Время одного измерения, с 20-60
Масса рабочего комплекта, кг 14

Опыт постановки магнитометрии на шлакоотвалах АО «Лиепаяс металургс» показывает, что площадной вариант съемки на удаленных от основных цехов частях отвала предпочтительнее проводить комбинируя оба рассмотренных варианта наблюдений. Первоначально площадь следует отрабатывать высокопроизводительной протонной аппаратурой, отбраковывая тем самым бесперспективные участки. Затем высокоградиентные аномальные поля необходимо перекрывать с помощью оптико-механического магнитометра. В природных  условиях магнитные поля с градиентом более 200 нТл/м встречаются очень редко, они характерны, например, для Курской магнитной аномалии и других крупных железорудных месторождений.

3. Принципы интерпретации и способы обработки геофизических данных

Все полученные в процессе полевых радиоволновых и магнитометрических измерений исходные данные подвергнуты: математической обработке с целью получения информационных параметров необходимых при интерпретации; графической обработке с целью представления в удобной для анализа и сопоставления форме; интерпретации с целью извлечения практически значимой поисково-картировочной информации.

Обработка результатов измерений произведена с помощью специализированных пакетов программ «GEOZOND» (радиоволновые наблюдения) и «GEO» (магнитометрия). Окончательная визуализация материалов выполнена в среде «SURFER».

В результате обработки составлен комплект графической документации, включающий в себя разрезы радиоволновых информационных параметров и графики индукции геомагнитного поля (и ее производных) по всем профилям. Выполнен сопоставительный анализ и геологическое истолкование полученных материалов. Составлены  обобщающие указанные материалы схемы интерпретации по каждому из отработанных участков и текст отчета.

В отчетную документацию (геофизические разрезы) включены только наиболее информативные параметры, из числа полученных в результате обработки, послужившие основой для прогнозных графических построений. По данным РВЗ таким параметром был выбран эффективный коэффициент поглощения радиоволн экваториальной измерительной установки К"у . По данным магнитометрии – значения вертикальной составляющей индукции Z геомагнитного поля, модуля полного вектора индукции Т и его вертикального градиента gradhТ . Остальные параметры – осевое поглощение К"x , поляризационные отношения Pyx , Pxy , геомагнитные градиенты gradrZ , gradrТ  и другие были использованы при интерпретации в качестве вспомогательных.

Разрезы К"у  визуализируют распределение в теле отвала по глубине и по латерали энергопоглощающих свойств материала, что позволяет обнаруживать обогащенные металлической фракцией отложения и определять глубину их залегания. Наблюдаемая по данным РВЗ картина распределения продуктивных отложений осложнена влиянием на уровень поля К"у  переменной влагонасыщенности толщи, изменениями в составе вмещающей среды (шлак, огнеупоры, строительные отходы), формой нахождения восстановленного железа в отвале (распределенная вкрапленность, крупногабаритные образования или скопления металлолома). Таким образом надежность прогнозных построений по данным одного вида исследования недостаточно высока.

Уровень и характер магнитного поля по линиям профилей формируются, главным образом, под влиянием расположенных в слое техногенной отсыпки масс восстановленного железа. При этом прямой зависимости между содержанием железа и регистрируемой величиной индукции не существует, так как поле является суперпозицией аномалий от всех хаотически распределенных в слое магнитоактивных источников различных размеров. Лишь в некоторых случаях можно предполагать связь той или иной интенсивной аномалии с конкретным скоплением железа. Однако отсутствие значимых аномалий Z или Т на интервале профиля однозначно свидетельствует об отсутствии здесь продуктивных образований. Насыщенные металлом отложения отмечаются резкодифференцированным полем преимущественно положительной полярности.

В отличие от природных железорудных залежей, характеризующихся, как правило, однородным термоостаточным намагничением рудных блоков, вектор остаточного намагничения техногенных скоплений железа может быть ориентирован в пространстве произвольным образом. Складываясь с индукционным намагниченим таких скоплений в современном поле Земли результирующий вектор геомагнитного поля над различными частями техногенных залежей непредсказуемо изменяет свою амплитуду. Это обстоятельство, а также обилие магнитоактивных сооружений, технологических материалов и коммуникаций на участках, приближенных к действующему производству, осложняет интерпретацию данных магнитометрии. В ряде случаев магнитометрия вблизи складированного металлургического сырья (участки 4 и 6) становится практически неинформативной.

Надежность прогноза повышается совместным сопоставительным анализом данных радиоволнового зондирования и магнитометрии. Характер проявления поисковых объектов в информационных полях участков съемки позволяет считать привлеченный к интерпретации набор параметров типовым для решения задач технологического картирования шлакоотвалов.

4. Результаты геофизических исследований

Результаты технологического картирования промышленных площадок АО «Лиепаяс металургс» геофизическими методами рассматриваются раздельно по участкам исследований. Расположение участков на территории предприятия показано на рисунке 1.

Участок 1

Участок 1 располагается западнее мартеновского цеха и ограничен рельсовыми путями весовой и асфальтированными дорогами. В пределах участка отработано шесть профилей геофизических наблюдений. Разрезы по профилям представлены на рисунках 2-7, результаты интерпретации физических полей на рисунке 8. Юго-западную часть участка пересекает трубопровод, проложенный на эстакаде на высоте 7-8 м над землей. Вдоль северо-западной границы участка проложен силовой кабель.

Аномалии магнитного поля, обусловленные повышенными концентрациями железа в слое техногенной отсыпки, обнаруживаются в центральной части участка и в полосе прилегающей к железнодорожным путям. При этом на пк 7 профиля 2 аномалией Z амплитудой более 13 тыс. нТл отмечается отдельный высокомагнитный объект, предположительно корж или скопление обломков коржей. Глубина залегания этого объекта, отмечаемого также увеличением поля К"у до 0.22 Нп/м, по данным РВЗ составляет 2-2.5 м при общей глубине развития техногенных образований достигающей 3.5 м. Значительное скопление железа возможно на пк 2 профиля 3, где имеется аномалия Z амплитудой 7.5 тыс. нТл.

Небольшое увеличение концентраций металла обнаруживается также в районе пк 7-пк 8 профиля 4 на глубине 1-2 м.

Анализ геофизических материалов показывает, что в полосе влияния эстакады трубопровода данные магнитометрии, а частично и радиозондирования, искажены и ограниченно информативны. Скопления высокомагнитных проводящих материалов здесь возможны на пикетах 2 профилей 5 и 6, где наблюдаются аномалии К"у > 0.5 Нп/м , сопровождаемые повышениями уровня магнитного поля.

Степень обогащения толщи металлом в пределах выявленных на участке 1 аномалий в целом оценивается как повышенная.

Поясним, что по геофизическим данным все образующие отвал техногенные отложения, представленные, главным образом, металлургическими шлаками, в той или иной степени обогащены железом. От подстилающих отвал песчано-глинистых отложений моренного генезиса они отличаются большей магнитностью и увеличенным энергопоглощением. Условно мы разделяем их на отложения необогащенные, то есть содержащие низкие (фоновые) концентрации железа, сравнительно равномерно распределенные по объему, и отложения обогащенные - двух степеней обогащения железом: повышенной и высокой. Наибольшие концентрации вторичного металлургического сырья относятся при этом к отложениям высокой степени обогащения, что и отражено в условных обозначениях к результатам работ. Количественно концентрации железа нами не определяются, однако с учетом результатов заверки аномалий в дальнейшем может проводиться и количественная оценка железосодержания по геофизическим данным. Для этого необходимо накопление статистически значимого объема заверочной информации.

Заверка геофизических аномалий в пределах участка 1 не проводилась.

Участок 2-3

Сопряженные участки 2 и 3 расположены в районе подъездных железнодорожных путей к мартеновскому цеху. Участки отработаны десятью профилями, геофизические разрезы приводятся на рисунках 9-18, а результаты интерпретации на рисунке 19. На площадке имеются технический водопровод, силовые электрокабели и канализация. Участок 2-3, наряду с участками 7 и 10, по результатам настоящих исследований наиболее перспективен на извлечение вторичного металлургического сырья. Прежде всего отметим высокую степень насыщенности участка 2-3 геофизическими аномалиями и сложную конфигурацию этих аномалий. Как и на других участках здесь по данным РВЗ наблюдается двухслойное строение геоэлектрического разреза до исследованной глубины 5-6 м. Верхний слой повышенных значений К"у  – техногенные отложения отвала, развит до глубины 3.5-4 м, подстилающий, практически безаномальный слой – естественные грунты.

Большинство аномалий, как магнитных так и электрометрических, объединяются в протяженные аномальные зоны северо-восточного простирания, картируя сложнопостроенные лентообразные залежи обогащенных железом отложений. Степень согласования данных РВЗ и магнитометрии хорошая. Упрощенно могут быть выделены две зоны. Центральная зона протягивается северо-западнее рельсового пути 15 и непосредственно под ним. Наблюдаются пережимы и ветвление зоны, например по линии профиля 7. Вдоль пути 17 фрагментарно прослеживается юго-восточная зона, отделеннная от центральной слабоаномальной полосой шириной  около 25 м. К пути 13 вдоль границы участка 2-3 на профилях 2, 3, 5, 7, 8, 10 также примыкают значительные аномалии магнитного поля, указывающие на развитие здесь обогащенных железом отложений.

Распределение металла в зонах неравномерное. На площадке выделено четыре участка высокой степени обогащения. Наиболее крупный из них (протяженностью более 25 м) подсечен профилями 1-3 в районе пути 15. В северо-восточном направлении измерениями он не ограничен. Здесь зафиксированы очень высокие значения К"у достигающие 1.0 Нп/м и значения Z, превышающие верхний предел регистрируемых значений магнитометра М-27М (90 тыс. нТл). Глубина залегания источников аномалий до 3 м. Внутри этого высокообогащенного участка выделены два отдельных скопления металла на пк 6.5 профиля 1 и на пк 5.5 профиля 3.

Меньших размеров участки высокой степени обогащения железом имеются на профилях 4 и 5 возле пути 15, на профиле 3 пк 1.5, на профиле 9 пк 9. Они характеризуются несколько меньшей глубиной развития продуктивных отложений не превышающей 1.8- 2.5 м.

Заверка геофизических аномалий в пределах участка съемки 2-3 не проводилась.

Участок 4

Участок 4 расположен к северу от рельсового пути 21 и ограничен с юга и запада асфальтированными дорогами. В его пределах проложен один профиль геофизических наблюдений. Разрез по профилю представлен на рисунке 20, результаты интерпретации – на рисунке 21. На небольшом удалении параллельно профилю имеется линия канализации, между профилем и рельсовым путем складировано высокомагнитное металлургическое сырье (шихта).

Последнее обстоятельство делает практически неинформативными поиски подповерхностных железосодержащих отложений с помощью магнитометрии на этом участке, что подтверждается резко неоднородным полем Z, зафиксированным на интервале пк 0 – пк 6, наиболее приближенном к шихте. Информативной на фоне поля пассивной помехи может считаться лишь аномалия Z интенсивностью более 16 тыс. нТл на пк 11, интерпретируемая как отдельное скопление высокомагнитных материалов в слое техногенной отсыпки.

В таких условиях определяющее значение имеют данные радиозондирования, указывающие на существование в теле отвала на глубине до 2.5 - 2.8 м энергопоглощающих отложений. Такие отложения установлены на интервале пк 5.5 – пк 15 профиля 1, причем эпицентр аномалии К"у  интенсивностью до 0.61 Нп/м почти совпадает с упомянутой выше магнитной аномалией.

Таким образом даже при ограниченной информативности магнитометрических данных участку 4 дается положительная оценка перспективности в контуре аномалии РВЗ. Степень обогащения отложений железом оценивается как повышенная.

Участок 5

Участок 5 с юга прмыкает к рассмотренному участку 4. Его северная граница – рельсовый путь 21 (21а). В его пределах также проложен один профиль геофизических наблюдений. Разрез по профилю представлен на рисунке 22, результаты интерпретации – на рисунке 23. На пк 6 профиль пересекает силовой электрокабель. На участке выполнено только радиоволновое зондирование. На период проведения магнитометрии участок был недоступен для измерений по независящим от исполнителей причинам.

Радиозондированием на профиле 1 выявлены две аномалии коэффициентов поглощения: на интервалах пк 5 – пк 7.5 и пк 11.5 – пк 19.5. Первая из них не рассматривается, так как обусловлена электрокабелем. Вторая аномалия протяженностью 40 м вдоль линии профиля характерна для обогащенных железом отложений в слое техногенной отсыпки. Значения К"у здесь изменяются от 0.2 Нп/м до 0.38 Нп/м и приурочены в основном ко второму разносу радиоволновой установки, что свидетельствует о залегании перспективных отложений на глубине около 2.5 м под необогащенным слоем.  Концентрация металла в них сравнительно невысока.

Участок 6

Участок 6 расположен между железнодорожными путями 12 и 25 юго- восточнее шлаковой эстакады. В пределах участка проложен один профиль геофизических наблюдений. Разрез по профилю представлен на рисунке 24, результаты интерпретации – на рисунке 25. Коммуникаций в районе профиля не имеется, но в непосредственной близости складирован металлолом.             На участке проведены наблюдения обоими геофизическими методами, однако, данные магнитометрии искажены влиянием названной пассивной помехи и неинформативны. Радиозондированием на профиле выявлены две аномалии. Первая из них на интервале пк 1.5 – пк 5.5 со значениями К"у  не превышающими 0.33 Нп/м проявлена до глубин 2.5 – 2.8 м. Вторая на интервале пк 10.5 – пк 12.5 со значениями К"у  в эпицентре достигающими 0.78 Нп/м проявлена до глубины 3.2 м. Эти аномалии интерпретируются как обогащенные железом отложения в теле отвала, причем на первом интервале степень обогащения повышенная, на втором – высокая.

Участок 7

Участок 7 располагается южнее скрапового отделения и с севера ограничен железнодорожными путями 20 и 52. Участок отработан тремя профилями геофизических наблюдений (РВЗ и магнитометрия). Кроме того в его пределах выполнены многочисленные дополнительные магнитометрические наблюдения с целью установления особенностей структуры магнитного поля шлакоотвалов. Разрезы по профилям 1-3 представлены на рисунках 26-28, а результаты интерпретации физических полей на рисунке 29. Участок пересекают две линии канализации, в западной его части складированы стройматериалы.

По результатам геофизических исследований участок 7 отнесен к числу перспективных на извлечение вторичного металлургического сырья.

Магнитное поле в пределах перспективной части участка отличается пестротой и высокой дифференцированностью (изменчивость аномальной составляющей Z на коротких интервалах 1-2 м может достигать одного порядка), что свидетельствует о зараженности толщи металлом практически от поверхности и о неравномерном распределении металла. Наибольшие концентрации при этом часто приурочены к низам продуктивного слоя, то есть к глубинам 2 м и более, что видно из разрезов К"у по профилям 1 и 3.

Большинство магнитных и электрометрических аномалий образуют протяженную аномальную зону – полосу обогащенных железом отложений северо-западного простирания шириной около 30 м, концентрирующую практически все запасы металла в пределах площадки. Во внутренней части полосы повышенного обогащения выделены обособленные участки развития высокообогащенных железом отложений. Два таких сближенных участка расположены на северо-западном фланге площадки и продолжаются за ее пределы. Внутри одного из этих участков на пк 6.5 профиля 1 по аномалии Z интенсивностью 35 тыс. нТл при значениях К"у  до 0.35 Нп/м обнаруживается отдельное скопление металла на глубине до 3.5 м. Здесь была заложена одна из заверочных выработок (№ 7/1). Еще две выработки (№ 7/2 и № 7/3) были заложены на соседнем участке вблизи эпицентров аномалий К"у с интенсивностями 0.65 Нп/м и 0.60 Нп/м при значениях Z  17 и 18 тыс. нТл соответственно. Глубины залегания продуктивных отложений до 3 м и до 2.5 м. Несколько мелких разрозненных участков высокого обогащения имеются также на юго-востоке площадки. Фланг одного из них вскрыт выработкой № 7/4.

Подробнее результаты заверки геофизических данных на этом съемочном участке рассматриваются в разделе 5.

Участок 9

Участок 9 расположен восточнее открытого склада металлолома и представляет собой выровненный шлакоотвал без каких-либо коммуникаций и сооружений. На участке отработано три параллельных профиля удаленных друг от друга на 10 м. Геофизические разрезы по профилям показаны на рисунках 30-32, а результаты интерпретации на рисунке 33.

Участок охарактеризован детальными наблюдениями с магнитометром ММП-203, выполнеными с шагом 1 м на двух высотах, и радиозондированием при увеличенном до восьми на одном из профилей количестве размеров измерительной установки. Последнее позволило выяснить, что для естественных грунтов, залегающих в основании отвала, характерен уровень значений К"у  0.1-0.15 Нп/м.

Единственный магнитоактивный объект сранительно небольших размеров установлен наблюдениями на интервале пк 19.5 – пк 22 профиля 3. С учетом близповерхностного его залегания, о чем свидетельствуют, в частности, высокие вертикальные градиенты в районе аномалии (gradhТ более 250 нТл/м), объект классифицирован как техногенные отложения повышенной степени обогащения железом. Однако амплитуда аномалии Z  более 6.5 тыс нТл в эпицентре, установленная при перекрытии градиентной зоны магнитометром М-27М, указывает на возможность существования здесь небольшого скопления высокомагнитных материалов, подобного вскрытому выработкой  № 10/1 на участке 10.

Кроме того на участке выделяется ряд энергопоглощающих  зон  ( К"у  до 0.76 Нп/м на пк 7 профиля 2), природа которых устанавливается сопоставлением с графиками Т и gradhТ. Наблюдается плановое совпадение ряда малоамплитудных высокоградиентных аномалий магнитного поля (500-750 нТл) с этими зонами, что и объясняет их общую связь с полосами развития слабообогащенных железом металлургических шлаков, залегающих в теле отвала на глубине до 2.5 м. Такие полосы отражают последовательность складирования в отвал отходов различной степени обогащения.

Заверка аномалий в пределах участка 9 не проводилась.

Участок 10

Участок 10 располагается северо-восточнее мартеновского цеха и с запада ограничен рельсовым путем и грунтовой дорогой. В пределах участка отработано два разобщенных профиля геофизических наблюдений. Разрезы по профилям представлены на рисунках 34 и 35, результаты интерпретации на рисунке 36. Коммуникаций в пределах участка нет.

            При отработке профиля 1 использовались оба типа магниторазведочной аппаратуры, на профиле 2 – только протонный магнитометр.

Наибольший интерес представляет профиль 1, где магнитометрическими наблюдениями в контуре контрастной радиоволновой аномалии К"у более 1.3 Нп/м с расчетной глубиной залегания источников до 2.5-2.8 м обнаружены высокомагнитные образования. Протяженность многовершинной аномалии Z(Т) по линии профиля более 25 м, а ее амплитуда в эпицентре около 7000 нТл. На северном крыле аномалии установлен gradhТ более 600 нТл/м. По краям аномалия окаймляется повышенным  до 600-800 нТл полем на интервале пк 1.5 – пк13, имеющим пережим на пк 10. Любопытно, что пережим аномального поля приходится на изгиб дороги, несуществующей ныне на местности, но показанной на схеме. Уместно предположить, что обнаруженное скопление металла еще до отсыпки отвала на сегодняшний уровень служило препятствием движению. Аномалия вскрыта выработкой № 10/1 на полную глубину на пк 4 профиля 1.

Сходное повышение уровня магнитного поля до 2900 нТл, сопровождаемое аномалией К"у до 0.75 Нп/м, имеется на пк 17 профиля 1. Здесь по аналогии прогнозируется захоронение обогащенных железом отложений, но менее масштабное, чем на пк 4.

Профиль 2 картирует ряд повышений уровня магнитного и радиоволнового полей, но меньшая амплитуда аномалий позволяет прогнозировать здесь развитие лишь повышенно обогащенных железом отложений.

Подробнее результаты заверки геофизических данных на участке 10 рассматриваются в разделе 5.

Участок 11

Дополнительно к первоначальному заданию выполнены геофизические наблюдения на дамбе, отделяющей очистной канал от озера (фото 1).

Фото 1. Участок 11 – общий вид дамбы.

Дамба отсыпана металлургическими шлаками. Участку присвоен № 11, по дамбе проложен один профиль наблюдений протяженностью 400 м. В числе пассивных помех, влияющих на результаты измерений, следует отметить стальные водопропускные трубы на пк 85 и пк 215, а также воздушную линию электропередач, секущую профиль на пк 165. Разрез по профилю представлен на рисунке 37, результаты интерпретации – на рисунке 38.

По профилю выполнено радиозондирование, выявившее аномальные повышения поля К"у на интервалах пк 15 – пк 35, пк 45 – пк 90 и пк 115 – пк 135 амплитудой от 0.5 до 0.8 Нп/м. Магнитометрией с измерением Т при шаге 2.5 м установлены аномалии на интервалах пк 25 – пк 35, пк 75 – пк 100, пк 115 – пк 135 и пк 340 – пк 355 с интенсивностями 2200 нТл, 1700 нТл, 450 нТл и 1000 нТл соответственно. При этом интенсивность в максимуме первой из них осталась неизвестной из-за gradrТ > 200 нТл/м, что увеличивает перспективность этой аномалии.

Общая оценка перспективности дамбы на извлечение вторичного металлургического сырья отрицательная, за исключением короткого интервала пк 25 – пк 35, где выделены отложения с высокой степенью обогащения железом.

5. Результаты заверки геофизических аномалий

5.1. Сведения о результатах заверки геофизических аномалий горными выработками.

Раздел содержит сведения о результатах заверки геофизических аномалий пятью наземными горными выработками на двух съемочных участках. В номерах выработок зашифрованы: в числителе – номер съемочного участка, в знаменателе – порядковый номер выработки. Проходка осуществлялась механизированным способом силами АО «Лиепаяс металургс». Вес вторичного металлургического сырья, извлеченного из выработок, оценивался визуально специалистами предприятия.

Выработкой № 10/1 на пк 4 профиля 1 вскрывалась сложнопостроенная магнитометрическая аномалия, расположенная в контуре контрастной радиоволновой аномалии. Размер выработки по поверхности 4×4,5 м, с глубиной уменьшается. Разрез вскрытых выработкой техногенных отложений представлен:

0 – 0.4 м

Металлургический шлак мелкий серого цвета;

0.4 м – 0.5 м

Известь;

0.5 м – 0.6 м

Металлургический шлак серого цвета;

0.6 м – 1.5 м

Грунт коричневый, перемешанный с металлоломом (арматура, детали машин и механизмов, тросы, обрезки листа разных размеров и т. д.);

1.5 м – 3.0 м

Тот же грунт с включениями крупных кусков металлургического шлака, мелкими и средними кусками металлического железа и крупногабаритными (до 0.5×0.5×1 м) частями железных и железошлаковых коржей.

Общий вес скрапа, извлеченного из выработки № 10/1, оценивается  как  4 тонны (фото 2, 3, 4).

Фото 2. Скрап, извлеченный из выработки № 10/1.

Фото 3. Северо-восточная стенка выработки № 10/1.

Фото 4. Состав скрапа, извлеченного из выработки № 10/1:
шлак металлургический и металлолом.

Выработкой № 7/1 с центром на пк 6.5 профиля 1 вскрывалась высокоинтенсивная магнитометрическая аномалия, зафиксированная на фоне резкодифференцированного мелкомозаичного магнитного поля. Размер выработки по поверхности 3,4×4 м. Разрез представлен отложениями:

0 – 0.15 м

Песок светло-серый;

0.15 м – 0.8 м

Кирпич огнеупорный и его обломки, шлак металлургический, отдельные металлические предметы (обрывки тросов, обрезки  полос, труб и арматуры, проволока);

0.8 м – 3.0 м

Смесь коричневого грунта, металлургического шлака, извести и обломков огнеупорного кирпича, содержащая металлолом, части  железных и железошлаковых коржей различного размера (до 1.2 м в поперечнике), блюминг длиной 1.6 м, обрезки арматуры. Шлак часто содержит видимые вкрапления окисленного с поверхности железа. Наибольшее количество крупногабаритного металла встречено на глубине 2.5-3 м.

Общий вес скрапа, извлеченного из выработки № 7/1, оценивается  как  4 тонны (фото 5, 6).

Фото 5. Скрап, извлеченный из выработки № 7/1.

Выработкой № 7/2 на пк 8.5 профиля 1 вскрывалась протяженная среднеинтенсивная магнитометрическая аномалия, расположенная вблизи эпицентра радиоволновой аномалии. Размер выработки по поверхности 2.5×5 м. Разрез представлен отложениями:

0 – 0.3 м

Песок желтый;

0.3 м – 1.3 м

Шлак металлургический, преимущественно мелкий светло-серый, кирпич огнеупорный и его обломки;

1.3 м – 2.5 м

Грунт коричневый с крупными кусками шлака, иногда содержащими видимые вкрапления железа . В верхней части слоя встречен металлолом (трос длиной более 10 м, обрезки арматуры и проволока). В нижней части слоя встречены блюминг, отдельные стяжения железа причудливой формы, монолитные части железных коржей максимальным размером до 0.3×0.4×1.5 м;

2.5 м – 3.0 м

Грунт коричневый песчаный с небольшим количеством металлургического шлака.

Общий вес скрапа, извлеченного из выработки № 7/2, оценивается  как  2 тонны (фото 7).

Фото 6. Вид коржа, извлеченного из выработки № 7/1.

Фото 7. Проходка выработки № 7/2.

Выработкой № 7/3 на пк 17.5 профиля 2 вскрывался эпицентр контрастной радиоволновой аномалии, расположенной в контуре среднеинтенсивной магнитометрической аномалии. Размер выработки по поверхности 3×5 м. Разрез представлен отложениями:

0 – 0.4 м

Песок желтый;

0.4 м – 0.5 м

Грунт черный обогащенный органикой;

0.5 м – 2.5 м

Шлак металлургический, преимущественно мелкий, с линзами огнеупорного кирпича и небольшим количеством металлолома. Слой содержит различного размера стяжения железа, части  железных и железошлаковых коржей, имеющие преимущественно форму пластин. Максимальный размер частей 0.3×0.8×1 м. Металл сосредоточен, главным образом, на глубине 1.5 м – 2.5 м;

2.5 м – 3.0 м

Грунт песчаный с отдельными обломками металлургического шлака.

Общий вес скрапа, извлеченного из выработки № 7/3, оценивается  как  1 тонна.

Выработкой № 7/4, расположенной в 5 м южнее пк 11 профиля 3 вскрывался фланг среднеинтенсивной магнитометрической аномалии, зафиксированной на фоне знакопеременного резкодифференцированного магнитного поля. Размер выработки по поверхности 2.5×4.5 м. Разрез представлен отложениями:

0 – 0.2 м

Песок светло-коричневый;

0.2 м – 1.8 м

Шлак металлургический, преимущественно мелкий, иногда железосодержащий;

1.8 м – 2.5 м

Смесь коричневого грунта с металлургическим шлаком и огнеупорным кирпичом, отдельные металлические предметы. Во всем объеме горной массы неравномерно распределены железные стяжения уплощенной формы различных размеров, достигающие длины 0.8 м. Шлак часто содержит видимые вкрапления железа.

Общий вес восстановленного железа, извлеченного из выработки № 7/4, не превышает  0.5 тонны.

Результаты заверки в основном подтверждают сделанные на основании интерпретации геофизических данных выводы. Расхождения выявлены в оценке перспектив мелких разрозненных участков высокого обогащения, показанных на юго-востоке съемочного участка 7 и охарактеризованных выработкой № 7/4. Выявленные различия позволяют внести коррективы в методику интерпретации и в дальнейшем избежать подобных неточностей.

5.2. Прогнозные ресурсы металла в контурах геофизических аномалий.

Пройденными выработками охарактеризованы все представленные в пределах исследований участков типы аномальных полей. Основываясь на площади выявленных радиоволновых и магнитометрических аномалий и средней продуктивности шлакоотвала до глубины 2,5 м в контурах аномалий может быть выполнен усредненный подсчет прогнозных ресурсов металла.

Вес вторичного металлургического сырья, извлеченного из выработок, оценивался взвешиванием. (Справка АО «Лиепаяс-металлургс», приложение №2 к отчету).

Из выработки №7/1 (7 участок, профиль №1, с центром аномалии на пикете 6), объемом V=34м3 (размер 3х4,5х2,5м) извлечено 40,33 тонны пород (шлак + скрап), причем шлак составляет 36,33 тонны, а скрап – 4 тонны.

В результате заверки геофизических аномалий было пройдено 5 выработок (п.5.1) со средним объемом Vср = 45+34+31,3+37,5+28,1 / 5 = 35,2 м3, среднее значение скрапа
Sср = 4+4+2+1+0,5 / 5 = 2,3 тонны, а среднее значение скрапа на 1м3 породы
равно 2,3 / 35,2 = 0,0652 т/м3.

Измерения радиоволновыми методами проводились на всех участках и профилях, в основном на частоте 9 МГц. При этом радиус исследования составил около 5-6м. Магнитометрические измерения проведены не на всех участках, в связи с высоким градиентом магнитного поля (более 200 нТл/м) в близи действующих металлургических цехов.

Расчет прогнозных ресурсов скрапа в контурах геофизических аномалий по результатам радиогеоразведки и магнитометрии приведены в таблице.

№ Участков Радиогеоразведка Магнитометрия
Площадь аномалии м2 Глубина выроб. м Прогноз объёма выроб.м3 Масса мет. 1м3 пород  т/м3 Общая масса металла, т Площадь аномалии, м2 Глубина выроб. м Прогноз объёма выроб. м3 Масса мет. 1м3 пород т/м3 Общая масса металла, т
Участок1 800 2,5 2 000 0,0652 130,4 370 2,5 925 0,0652 60,3
Участок 2, 3 3 500 8 750 570,5 2 300 5 750 374,9
Участок 4 450 1 125 73,4
Участок 5 390 975 63,6
Участок 6 350 875 57,1
Участок 7 4 200 10 500 684,6 2 900 2,5 7 250 0,0652 472,7
Участок 9 1 300 3 250 211,9 150 375 24,5
Участок 10 (профиль 1) 380 950 61,9 630 1 575 102,7
Участок 10 (профиль 2) 250 625 40,8 230 575 37,5
Участок 11 1 200 3 000 195,6 1 900 4 750 309,7
Всего 2089,8 1382,3

6. Заключение

К основным результатам настоящей работы относятся:

- Откартированы геофизическими методами 10 промышленных площадок на территории АО «Лиепаяс металургс» и дан прогноз распределения в теле отвала вторичного металлургического сырья.

- Основываясь на результатах заверки количественно оценены прогнозные ресурсы металла в контурах выявленных геофизических аномалий.

- Подтверждена эффективность применения комплекса радиоволнового зондирования и магнитометрии для решения задач технологического картирования шлакоотвалов на площадях, приближенных к действующему производству. Определен оптимальный набор информационных параметров необходимый и достаточный для решения поставленных задач.

- Приобретен опыт работы в условиях оперативной заверки выявленных геофизических аномалий.

Благодарим начальника техотдела АО «Лиепаяс металургс» В. В. Яковенко и инженера-геодезиста М. Мултане за личное участие и практическую помощь в организации работ.

7. Список использованных источников

Опубликованные:

1. Абрамов В.Ю., Томилин В.К., Лаптев М.М. и др. Изучение верхних частей геологических разрезов методом наземного радиоволнового зондирования. Руды и металлы,  №6, 1996.

2. Инструкция по магниторазведке. - Л: Недра, 1981.

3. Инструкция по электроразведке. - Л: Недра, 1984.

4. Руководство по радиоволновым методам скважинной и шахтной геофизики. /Под ред. А.Д.Петровского и А.А.Попова.- М.:Недра, 1977.

Фондовые:

5. Лаптев М.М. Отчет по первому этапу экспериментальных геофизических исследований на объектах компании «Металл». Тула, 1995.

6. Томилин В.К., Лаптев М.М., Некрасов Э.М. и др. Отчет по НИР. Разработать аппаратурную и методическую базу для нетрадиционных областей применения радиоволновых методов исследования. Тула, 1998.


8. Рисунки

Рис. 1

Схема расположения участков геофизических изысканий 2003 г.

Рис. 2

Геофизический разрез по профилю 1  участка 1

Рис. 3

Геофизический разрез по профилю 2  участка 1

Рис. 4

Геофизический разрез по профилю 3  участка 1

Рис. 5

Геофизический разрез по профилю 4  участка 1

Рис. 6

Геофизический разрез по профилю 5  участка 1

Рис. 7

Геофизический разрез по профилю 6  участка 1

Рис. 8

Участок 1. Результаты работ

Рис. 9

Геофизический разрез по профилю 1  участка 2-3

Рис. 10

Геофизический разрез по профилю 2  участка 2-3

Рис. 11

Геофизический разрез по профилю 3  участка 2-3

Рис. 12

Геофизический разрез по профилю 4  участка 2-3

Рис. 13

Геофизический разрез по профилю 5  участка 2-3

Рис. 14

Геофизический разрез по профилю 6  участка 2-3

Рис. 15

Геофизический разрез по профилю 7  участка 2-3

Рис. 16

Геофизический разрез по профилю 8  участка 2-3

Рис. 17

Геофизический разрез по профилю 9  участка 2-3

Рис. 18

Геофизический разрез по профилю 10  участка 2-3

Рис. 19

Участок 2-3. Результаты работ

Рис. 20

Геофизический разрез по профилю 1  участка 4

Рис. 21

Участок 4. Результаты работ

Рис. 22

Геофизический разрез по профилю 1  участка 5

Рис. 23

Участок 5. Результаты работ

Рис. 24

Геофизический разрез по профилю 1  участка 6

Рис. 25

Участок 6. Результаты работ

Рис. 26

Геофизический разрез по профилю 1  участка 7

Рис. 27

Геофизический разрез по профилю 2  участка 7

Рис. 28

Геофизический разрез по профилю 3  участка 7

Рис. 29

Участок 7. Результаты работ

Рис. 30

Геофизический разрез по профилю 1  участка 9

Рис. 31

Геофизический разрез по профилю 2  участка 9

Рис. 32

Геофизический разрез по профилю 3  участка 9

Рис. 33

Участок 9. Результаты работ

Рис. 34

Геофизический разрез по профилю 1  участка 10

Рис. 35

Геофизический разрез по профилю 2  участка 10

Рис. 36

Участок 10. Результаты работ

Рис. 37

Геофизический разрез по профилю 1  участка 11

Рис. 38

Участок 11. Результаты работ

Рис. 1. Схема расположения участков геофизических изысканий 2003 г.
 

Рис. 2. Участок №1. Профиль 1.
 

Рис. 3. Участок №1. Профиль 2.
 

Рис. 4. Участок №1. Профиль 3.
 

Рис. 5. Участок №1. Профиль 4.
 

Рис. 6. Участок №1. Профиль 5.
 

Рис. 7. Участок №1. Профиль 6.
 

Рис. 8. Участок №1. Результаты работ.
 

Рис. 9. Участки №2 и №3. Профиль 1.
 

Рис. 10. Участки №2 и №3. Профиль 2.
 

Рис. 11. Участки №2 и №3. Профиль 3.
 

Рис. 12. Участки №2 и №3. Профиль 4.
 

Рис. 13. Участки №2 и №3. Профиль 5.
 

Рис. 14. Участки №2 и №3. Профиль 6.
 

Рис. 15. Участки №2 и №3. Профиль 7.
 

Рис. 16. Участки №2 и №3. Профиль 8.
 

Рис. 17. Участки №2 и №3. Профиль 9.
 

Рис. 18. Участки №2 и №3. Профиль 10.
 

Рис. 19. Участки №2 и №3. Результаты работ.
 

Рис. 20. Участок №4. Профиль 1.
 

Рис. 21. Участок №4. Результаты работ.
 

Рис. 22. Участок №5. Профиль 1.
 

Рис. 23. Участок №5. Результаты работ.
 

Рис. 24. Участок №6. Профиль 1.
 

Рис. 25. Участок №6. Результаты работ.
 

Рис. 26. Участок №7. Профиль 1.
 

Рис. 27. Участок №7. Профиль 2.
 

Рис. 28. Участок №7. Профиль 3.
 

Рис. 29. Участок №7. Результаты работ.
 

Рис. 30. Участок №9. Профиль 1.
 

Рис. 31. Участок №9. Профиль 2.
 

Рис. 32. Участок №9. Профиль 3.
 

Рис. 33. Участок №9. Результаты работ.
 

Рис. 34. Участок №10. Профиль 1.
 

Рис. 35. Участок №10. Профиль 2.
 

Рис. 36. Участок №10. Результаты работ.
 

Рис. 37. Участок №11. Профиль 1.
 

Рис. 37. Участок №11. Профиль 1 (Продолжение).
 

Рис. 38. Участок №11. Результаты работ.
 

Приложение 1.
 


Приложение 2.
 

Контактная информация:
тел./факс: +7 (4872) 45-81-16,(4872) 40-42-98, моб. +7 (910) 941-78-05 Котенёв Василий Ильич
E-mail: mashgeo@tula.net, briket@briket.ru

Создание: MAXiMaster  

©2002-2009 ЭкоМашГео