کاربرد روش جدید محاسبه بازماند پتانسیل در اکتشاف کانسارهای رسانا

دسته ژئوفیزیک
گروه سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور
مکان برگزاری بیست و نهمین گردهمایی علوم زمین
نویسنده عین اله عزیززاده فیروزی
تاريخ برگزاری ۰۲ اسفند ۱۳۸۵

 

مقدمه :

استفاده از روشهای ترکیبی در اکتشافات ژئوفیزیکی می تواند با نتایج ارزنده ای همراه باشد. از مجموعه این روشهای ترکیبی که در اکتشاف کانسارهای رسانا همراه با آنومالی های SP (نظیر گرافیت) کاربرد دارند، می توان به ترکیب روش های SP ، اتصال به جرم و مقاومت ویژه اشاره کرد. از سوی دیگر پردازش داده ها نیز نقش ارزنده ای در رسیدن به نتایج درست تر و دقیق تر دارد. از این رو، برای رسیدن به نتایج بهتر در روش اتصال به جرم، لازم است که اثر الکترود جریان متصل به توده رسانا محاسبه و حذف شود. در اندازه گیری های اتصال به جرم  با دور شدن از الکترود جریان یک افت پتانسیل مشاهده می شود که در زمین های ناهمگن، میزان آن با مقداری که از رابطه پتانسیل برای زمین های همگن به دست آمده متفاوت است و  اختلاف این دو برابر بازماند پتانسیل است. برای بیان بهتر مساله، برداشت های ژئوالکتریکی در کانسار گرافیت خنادره بالا به صورت مطالعه موردی بررسی می شود.

 

◊◊◊◊

بحث :

زمین شناسی کانسار گرافیت خنادره بالا

در بخش های مرکزی و غربی ایران و در استان های مرکزی، همدان و لرستان وجود چندین کانسار گرافیت در سنگهای دگرگونی درجه بالا مشخص گردیده است که کانسار خنادره بالا واقع در منطقه سربند در استان مرکزی از جمله آنهاست. این کانسار در موقعیت جغرافیایی °۲۳¢۴۹طول شرقى و °۷۶¢۳۳ عرض شمالى قرار دارد. منطقه سربند از شمال و شمال شرق به شهرستان اراک، از جنوب به استان لرستان و از مغرب به استان همدان محدود می شود. این منطقه طبق تقسیم بندی تکتونیکی نبوی(۱۳۵۵)، در زون سنندج- سیرجان واقع شده است. در این منطقه علیرغم تکتونیک شدید منطقه که به صورت شکستگی ها، رانده شدگیها و چین خوردگی ها در منطقه حاکم بوده است، می توان ردیفی از سنگهای دگرگونی با سن پرمین تا ژوراسیک را تشخیص داد که در اطراف شهرستان شازند به طور ناپیوسته و پیشرونده به وسیله نهشته های کرتاسه پوشیده می شود. از نظر قدمت، تشکیلات متاولکانیکى و رسوبى واقع در بخش جنوب غربى برگه ۰۰۰,۱:۱۰۰ شازند قدیمى ترین واحد سنگى منطقه است. تزریق توده هاى آذرین آستانه، نظام آباد-مالمیر و گوشه در دوره کرتاسه، سبب به وجود آمدن پدیده دگرگونى مجاورتى در شیل ها و شیست هــاى معروف به شیست هاى سبز هـــمدان گردیده است. نهشته هاى مربوط به کرتاسه به صورت سنگ هاى آهکى ستیغ و داراى روند شمــال غرب-جنوب شـــرق مى باشند. تشکیلات دوران چهارم شامل دو گروه عمده تراس هاى رودخانه اى و رسوبات رودخانه اى آبرفتى جدید دیده می شوند. شکل ۱، نقشه زمین شناسی ۰۰۰,۲۰:۱  هندودر را نشان می دهد که کانسارهای گرافیت منطقه سربند را در بر می گیرد.

از نظر زمین شناسی محلی، رگه های گرافیت در بین سنگهای دگرگونی عمدتاً آهک های دگرگون شده و شیست ها قرار گرفته و در برخی نقاط رخنمون دارند.  در محدوده هندودر به استثنای کناره رودخانه ها و آبراهه ها، ضخامت پوشش سطحی بسیار کم است  و سنگ کف ناتراوا در اکثر نقاط رخنمون دارد و همین امر چشمه های بسیار با آبدهی کم را ایجاد کرده است.رگه های گرافیتی در منطقه عموماً دارای ضخامت کم هستند و به ندرت با ناخالصی های همراه به حدود ۵۰-۴۰ سانتی متر می رسند. از دیدگاه توپوگرافی، انجام روشهای ژئوفیزیکی به ویژه برداشتهای ژئوالکتریکی با مشکل چندانی روبرو نیست ]۲و۱[ .

 

اکتشافات ژئوالکتریکی کانسار خنادره بالا

ضخامت کم رگه های گرافیت  و ناپیوستگی آنها در کانسار خنادره بالا، اکتشافات ژئوفیزیکی آن را مشکل ساخته است. با توجه به ضخامت کم این رگه ها، رسیــــدن به اهداف اکتــشافی نیازمند برنامه ریزی دقیق است. از این رو برداشت های SP و اتصال به جرم برای شناسایی میزان گسترش کانی سازی در محدوده کانسار طراحی گردید تا با استفاده از نتایج آن بتوان برداشت های دوقطبی-دوقطبی را به گونه ای طراحی کرد که تاثیر رگه های گرافیتی در آن مشخــص گردد ]۱[. بر حسب زمین شناسی محلی و رخنمون رگه های گرافیت، برداشت های SP در امتداد چند پروفیل طراحی گردید(شکل ۲) و برای تطابق بهتر نتایج، برداشتهای اتصال به جرم نیز در امتداد همین پروفیل ها صورت گرفت. فاصله نقاط برداشت ۲ متر می باشد.

نتایج برداشتهای SP در شکل ۲ ارائه شده است که طبق آن، کانی سازی در غرب محدوده کانسار وجود نداشته و شیب کانی سازی به سمت شمال- شمال شرق است و با بسته شدن کنتور ۸۰- میلی ولت SP در شمال شرق منطـــقه مورد مطالعه، امکان کانی سازی در خـــــارج از این محدوده غیر محتمل است. برای برداشت های اتصال به جرم، یک الکترود جریان (الکترود A)، در نقطه  x=۲۵و y=۵۰  متر در درون یک چاهک به عمق ۲ متری در روی رگه گرافیتی قرار داده شده و الکترود جریان دیگر و یک الکترود پتانسیل نیز در بی نهایت فیزیکی و در محلی با احتمال کانی سازی بسیار کم قرار گرفته و الکترود پتانسیل دیگر با حرکت بر روی نقاط برداشت، پتانسیل را قرائت کرده است. جریان مورد استفاده در برداشت، mA۱۵۷  بوده است. نتایج این برداشت ها به صورت شکل ۳ ارئه شده است. در این نقشه فقط یک محدوده آنومالی مشاهده می شود که حول الکترود جریان A قرار دارد و خطوط میزان در حقیقت دایره های هم پتانسیلی بوده اند که در اثر وجود پیکره های رسانا، خمیده شده اند. البته فاصله از الکترود مدفون بر روی داده ها تاثیر گذاشته که در ادامه روشی برای تصحیح آن ارائه شده است.

 

 

پس از انجام این برداشت ها، پروفیل های و از مطالعات حذف شدند. برای بررسی گستــــرش  رگه ها هم در جهت عمق و هم در جهت سطح (دوبعد)، برداشت های مقاومت ویژه الکتریکی با آرایه دوقطبی-دوقطبی انجام شدند. به علت ضخامت کم رگه ها، طول خط جریان برابر ۴ متر تعیین گردید. برای سهولت در برداشت ها، فاصله ایستگاه ها و پرش ها نیز برابر ۴ متر تعیین گردید. تعداد پرش ها، با توجه به شرایط و موقعیت پروفیل و احتمال گرافیت گسترش کانسار در جهت عمق بین ۱۰ تا ۱۵ پرش متغییر بوده است. تعداد ایستگاه ها نیز بر اساس کشیدگی کانی سازی در امتداد هر پروفیل (در جهت سطح)، متفاوت می باشد. نتایج برداشت ها به صورت شبه مقاطع مقاومت ویژه ظاهری تهیه گردیده  که از این میان شبه مقاطع در امتداد پروفیل های وبه ترتیب در اشکال  ۶ و ۷ نشان داده شده است. در بقیه مقاطع نیز وضعیت کانی سازی مشابه است. البته در شبه مقطع  (نشان داده نشده)، اثری از کانی سازی دیده نمی شود که نشان دهنده محدوده شرقی کانسار است. در این شبه مقاطع، محدوده های رسانا یا رگه گرافـــــیتی به صورت نازک و متقــــاطع و شیب دار دیده می شود و گسترش آنها به اعماق ۳۰-۲۵ متری محدود می شود و حفاری های انجام شده در محل مورد مطالعه نیز نتایج برداشتهای ژئوفیزیکی را تائید می کند.

 

تصحیح اثر فاصله الکترود مدفون و بازماند پتانسیل

در برداشت اتصال به جرم، پتانسیل V با دور شدن از توده رسانا افت مى کند و هرچه مقاومت ویژه محیط اطراف بیشتر باشد، افت پتانسیل بیشتر مى شود. معادله (۱) این امر را نشان مى دهد:

(۱)

که در آن d= فاصله تا الکترود جریان  Aاست که متصل به توده می باشد.

 اگر تصحیح افت پتانسیل نسبت به فاصله را طبق رابطه (۱) انجام دهیم، محدوده گسترش کانسار بهتر نمایان مى شود. برای این تصحیح از روشی ساده و کاربردی به شرح زیر استفاده شده است.

برای این کار، مقدار ثابت k را به صورت زیر تعریف می کنیم:

(۲)

 

سپس پروفیلی را انتخاب می کنیم که هم در برگیرنده مقادیر زمینه (نواحی با احتمال کانی سازی بسیار کم ) و هم در بر گیرنده مقادیر آنومال (مثل رخنمون ها) باشد. آنگاه یک مقدار برای k در نظر گرفته و پتانسیل را از معادله (۱)، برای کلیه نقاط حساب کرده (Vd)، و آنگاه مقدار Vr=Vm-Vd را برای این نقاط حساب می کنیم. Vm پتانسیل اندازه گیری شده در سر زمین است و Vr پتانـــسیل بازماند می باشد. مقدار k وقتی به حالت مناسب خــــــــــود می رسد که مقدار Vr برای نواحی با احتمال کانی سازی بسیار کم  حتی الامکان به صفر نزدیک شود. این کار برای تمام پروفیل ها صورت گرفت و مقدار k مناسب برابر ۸۰۰ اهم متر آمپر به دست آمد. شکل ۴ اشکال Vmو  Vd را برای پروفیلهای و نشان می دهد. با کنتور کردن مقادیر Vr ، نقشه پتانسیل بازماند حاصل می شود (شکل۵(  که بر خلاف نقشه اتصال به جرم (پتانسیل) که فقط یک ناحیه آنومال را حول الکترود جریان A نشان می دهد، چند محدوده متفاوت آنومالی را نشان داده و محدوده کانی سازی را به گونه ای واضح مشخص کرده است. این نقشه شباهت زیادی را با نقشه SP (شکل ۲)نشان می دهد.

 

مقایسه نتایج روشهای مورد استفاده

مقایسه مقادیر SP، اتصال به جرم و بازماند پتانسیل با شبه مقاطع مقاومت ویژه ظاهری، اطلاعات بیشتری را در مورد وضعیت کانی سازی و موثر بودن روش بازماند پتانسیل آشکار می سازد. شکل ۶ نتایج روشهای فوق را در طول پروفیل ۳ نشان می دهد. در محدوده ایستگاه هاى تا که محدوده

 

رسانا در شبه مقطع است، منحنى هاى پتانسیل و بازماند پتانسیل افزایش نشان مى دهند، که در این میان منحنى بازماند پتانسیل به وضعیت مورفولوژى پیکره رسانا حساس تر است و در بالاى با یک اوج همراه است که نشان دهنده نزدیک تر بودن پیکره رسانا به سطح زمین است. قطع شدگى رگه با کاهش خفیف در منحنى بازماند پتانسیل مشخص گشته است. محدوده مقاومت ویژه ۵۰ اهم متر در شبه مقطع، تقریباً مطابق با محدوده آنومال در منحنی های SP، پتانسیل و بازماند پتانسیل است.

 

در امتداد پروفیل با توجه به شبه مقطع مقاومت ویژه، محدوده رسانا به حالت یک رگه نسبتاً قائم است (شکل ۷). همچنین در قسمت جنوبى و زیر ایستگاه هاى و یک توده کوچک رسانا وجود دارد که از رگه اصلى جدا شده است. اثر وجود این قطع شدگى در نمودار SP کاملاً مشخص است و به صورت دو بى هنجارى منفى در بالاى ایستگاه هاى و دیده مى شود. نمودار پتانسیل وجود این محدوده هاى رسانا را به صورت بى هنجارى کلى و با یک نقطه ماکزیمم در بالاى ایستگاه نشان مى دهد. امّا نمودار بازماند پتانسیل علاوه بر محدوده کلى  بى هنجارى، یک محدوده کاملاً مشخص مربوط به رگه قائم را بین ایستگاه هاى و را نیز نشان مى دهد و همچنین  قطع شدگى رگه به صورت کاهش خفیف در مقادیر بازماند پتانسیل، در بین ایستگاههاى و نمایان است. روى هم رفته نمودار بازماند پتانسیل تطابق بیشترى را با بى هنجارى هاى موجود در شبه مقطع مقاومت ویژه نشان مى دهد.

 

 

◊◊◊◊

نتیجه گیرى :

استفاده از روشهای تلفیقی ژئوفیزیکی در کانسار گرافیت خنادره بالا، نشاندهنده کارآیی آنها در اکتشاف کانسارهای کم عیار و پراکنده ای مثل کانسار فوق است و در این میان نتایج برداشتهای میدان پتانسیل (SP و اتصال به جرم ) گرچه بیشتر جنبه کیفی دارد، اما در طراحی دقیق برداشتهای مقاومت ویژه موثر است. همچنین روش تصحیح اثر فاصله الکترود جریان مدفون در برداشتهای اتصال به جرم، یک روش ساده و کاربردی است و نقشه بازماند پتانسیل حاصله محدوده کانی سازی را به صورت مشخصی نشان می دهـــد و داده های آن تطبیق بیشتری را با شـــــبه مقاطع مقاومت ویژه نشان می دهند.

◊◊◊◊

منابع فارسى :

 

۱-   رمضى، ح. ر.، ۱۳۸۰، گزارش مطالعات ژئوفیزیکى کانسارهاى خنادره و وزمستان (سربند اراک)، سازمان صنایع و معادن استان مرکزی.

۲-   مهندسان مشاور معدنکاو، ۱۳۸۰، گزارش نهایى اکتشافات گرافیت منطقه سربند در استان مرکزى، سازمان صنایع و معادن استان مرکزی.

عین اله عزیززاده فیروزی ، کارشناسی ارشد اکتشاف معدن، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

دکتر حمید رضا رمضی، هیئت علمی دانشکده معدن، متالورژی و نفت، دانشگاه صنعتی امیرکبیر

دکترمحمد رضا حسین نژاد، هیئت علمی دانشگاه علم و صنعت ایران، واحد اراک

چکیده:

یکی از روشهای مهم در اکتشاف کانسارهای رسانا که در درون سنگهای نارسانا قرار دارند، به کارگیری روش اتصال به جرم است و این روش در ترکیب با روشهای دیگر ژئوالکتریکی نظیر SP و مقاومت ویژه نتایج بسیار مطلوبی را حاصل می کند و برنامه ریزی ، پردازش و تفسیر اصولی داده ها نیز بر مطلوبیت آن می افزاید. در این مقاله ضمن پرداختن به روشهای ترکیبی در اکتشاف کانسارهای رسانا، روشی جدید، ساده و کاربردی برای تفسیر داده های حاصل از روش اتصال به جرم ارائه شده است تا اثر فاصله الکترود جریان متصل به توده کانسار ارزیابی و حذف شود. نتایج حاصله در کانسار گرافیت خنادره بالا در جنوب اراک ، نشاندهنده آن است که پس از حذف این اثر مقادیر بازماند پتانسیل همخوانی به مراتب بهتری با نتایج SP و شبه نیمرخهای مقاومت ویژه دارند. حفاری های انجام شده در محل مورد مطالعه، نتایج برداشت های ژئوفیزیکی را تائید می کند.

 

Abstract:

 

Mise-a-la-masse method is one of main exploration method applied to exploration of conductive bodies surrounded by resistive rocks and useful results can be acquired by integration of its results to other geoelectrical methods such as SP and resistivity survey. A good designing of survey and data processing made it more reliable. In this paper through application of integrated geoelectrical methods, new simple applicable method is introduced to processing and interpretation of mise-a-la-masse data for correction of the effect of distance from the buried current electrode. After correction residual potential values are in good correspondence with SP and apparent resistivity psudosection in Khenadarreh bala graphite deposit, and drill holes in the study site confirm geophysical results.

 

کلید واژه ها: اکتشاف مقاومتویژه کانسار رسانا کانساررسانا ژئوفیزیک سایر موارد