قابلیتهای روش ژئوفیزیکی گرانی سنجی در تعین مشخصات کانسارهای سنگ آهن

مقدمه :

اساس روش گرانى سنجى  تعیین و بررسى تغییرات شتاب ثقل بین نقاط مختلف سطح زمین است.  با توجه به  تغییرات شتاب ثقل مى توان چگونگى توزیع چگالى سنگها  را در زیر زمین مشخص کرد. در صورتى که کانسار یا ساختمان زمین شناسى با نظم خاصى در زیر زمین قرار گرفته با شد و اختلاف چگالى محسوسى با محیط در بر گیرنده خود داشته باشد مى تواند یک توزیع شتاب ثقل مشخصى را روى سطح زمین به وجود آورد. با تعیین تغییرات   جاذبه در سطح زمین به کمک روش گرانى سنجى مى توان به وجود یا عدم وجود کانسار یا ساختمان زمین شناسى و چگونگى قرار گرفتن آن پى برد. در این روش سعى مى شود اثر تمام عوامل دیگرى که باعث تغییر شتاب ثقل در ناحیه مى شود را حذف کرد تا بتوان  تغییرات شتاب جاذبه را  فقط ناشى از تغییرات چگالى ساختمان هاى زیر زمین دانست. آنومالى باقیمانده بر روى کانسارهایى که چگالیشان بیشتر از چگالى سنگ در بر گیرنده شان باشد مثبت و بر روى کانسارهایى که چگالى آنها کمتر از چگالى سنگهاى درون گیرشان باشد منفى است.   با تعبیر و تفسیر داده هاى بدست آمده آنومالى باقیمانده, مى توان اطلاعات ذیقیمتى در مورد مشخصات کمى و کیفى توده ها ى معدنى مانند موقعیت, گسترش، عمق قرارگیرى و شیب ماده معدنى و نیز برآوردى از ذخیره تقریبى کسب کرد.

 دو روش گرانى سنجى و مغناطیس سنجى از جمله روشهاى ژئوفیزیکى هستند که در پى جویى و اکتشاف کانسارهاى سنگ آهن نقش موثرى ایفا مى کنند. روش مغناطیس سنجى که در آن تغیرات میدان مغناطیسى زمین اندازه گیرى و بررسى مى شود نسبت به روش گرانى سنجى از نظر کار صحرایى و دفترى ساده تر و ارزان تر مى باشد. لیکن اطلاعاتى که از این روش بدست مى آید بیشتر کیفى است و با توجه به ماهیت پیچیده تر میدان مغناطیس زمین نسبت به میدان جاذبه, تعبیر و تفسیر کمى داده هاى آن به سادگى انجام نمى شود. در مقابل روش گرانى سنجى روشى است که برداشت صحرایى آن کند تر و دشوارتر و لذا با هزینه بیشتر انجام مى گیرد، اما اطلاعات کمى ترى راجع به ماده معدنى از داده هاى گرانى سنجى قابل کسب است.

 در این بررسى کارایى روش گرانى سنجى در تعیین ویژگیهاى توده هاى کانسار آهن با مطالعه موردى بر روى آنومالى شماره ۲ سنگ آهن سیرجان ارائه مى شود.

بحث :

ذخایر سنگ آهن گل گهر در جنوب ایران، در استان کرمان و درحدود ۵۵ کیلومترى جنوب غربى شهرستان سیرجان واقع گردیده است. این کانسار با شش آنومالى مجزا در محدوده اى به طول تقریبى ۱۰ کیلومتر و عرض تقریبى ۴ کیلومتر قرار گرفته است و به ترتیب آنومالى شماره ۱ تا ۶ نامگذارى شده اند. عملیات اکتشافى و معدنکارى بر روى نواحى شش گانه مزبور در سطوح متفاوتى انجام گرفته است. توده شماره ۱ بدلیل بزرگى و نزدیکتر بودن به سطح زمین یا به عبارت دیگر ضخامت کمتر روباره، از نظر اکتشاف تفضیلى و استخراج در اولویت قرا گرفته است و اکنون در حال بهره بردارى و استخراج به طریق روباز مى باشد. مقدار ذخیره قطعى و قابل استخراج آنومالى شماره ۲ معادل ۴۲ میلیون تن محاسبه شده است.

در محدوده آنومالى شماره۲ معدن سنگ آهن گل گهر بر روى ۲۱ پروفیل تعداد ۶۲۱ ایستگاه گرانى برداشت شده است. فاصله پروفیلها ۱۰۰ متر و فاصله ایستگاه هاى برداشت ۴۰ متر مى باشد. راستاى پروفیل ها با جهت شمال زاویه ۲۴ در جه به سمت شرق مى سازد و مى توان گفت پروفیل ها در امتداد تقریبى شمال شرقى – جنوب غربى قرار دارند. پس از انجام تصحیحات لازم بر روى داده هاى برداشت شده  آنومالى بوگر بدست آمده است. شکل  ۱ نقشه خطوط هم مقدار گرانى را نشان مى دهد. همان طور که دیده مى شود در محدوده تحت مطالعه در دو بخش شرقى و غربى آنومالى بوگر به طور مشخص افزایش مى یابد که حداکثر این مقادیر در بخش شرقى ۸/۳ ودر بخش غربى ۶/۲ میلى گال است. بنابر این مى توان انتظار داشت که در این دو بخش توده هاى زیر سطحى به صورت ناهنجارى چگالى وجود دارند. به بیان دیگر کانسار آهن به صورت دو آنومالى مثبت گرانى با روند تقریبى شرقى- غربى ظاهر شده است.

اگر اثرات ناحیه اى  از روى نقشه آنومالى گرانى حذف شودآنچه بدست مى آید نقشه اى است که آنومالى گرانى خالص توده هاى زیر سطحى را بدست مى دهد که به آن نقشه آنومالى گرانى باقیمانده مى گویند. در این مطالعه تعیین آنومالى ناحیه اى و جدا سازى آنومالیها با استفاده از روش تحلیل روند سطحى انجام شده است. در این جا مقادیر بدست امده از روى برازش چند جمله اى درجه یک به عنوان آنومالى ناحیه اى در نظر گرفته شده است. شکل ۲ نقشه آنومالى باقیمانده  محدوده مورد مطالعه را نشان مى دهد. در این شکل نیز دو بخش مهم به صورت انومالى در قسمتهاى شرقى و غربى محدوده دیده مى شود.  با توجه به این که نقشه آنومالى گرانى باقیمانده مقدار گرانى خالص ناشى از توده هاى زیر سطحى را مشخص مى سازد، مى توان گفت که در بخش هاى زیرین محدوده توده هایى با اختلاف چگالى بالا نسبت به سنگهاى اطراف خود وجود دارند.

حداکثر مقدار گرانى باقیمانده در بخش شرقى است و مقدار آن به حداکثر ۸/۱ میلى گال مى رسد. با توجه به داده هاى مغناطیس سنجى و سایر داده هاى اکتشاف تفصیلى انجام شده توده سبب شونده آنومالیهاى باقیمانده گرانى متشکل از سنگ آهن مگنتیتى با چگالى متوسط gr/cm^۳  ۱۵/۴ مى باشد.

 تخمین ضخامت توده:. با استفاده از نقشه آنومالى گرانى باقیمانده مى توان تخمین قابل قبولى را از ضخامت توده معدنى ارائه کرد.براى این منظور از فرمول اسلب استفاده مى شود:

(۱۲)                        

 در این فرمول t ضخامت تقریبى ماده معدنى بر حسب متر، Δρ اختلاف چگالى ماده معدنى با سنگ دربر گیرنده و Δg ماکزیمم آنومالى گرانى موجود است. در این فرمول فاکتورى که اندازه گیرى آن احتمال خطاى بیشترى وجود دارد اختلاف چگالى است. هر چه این فاکتور دقیق تر محاسبه شود تخمین دقیق ترى از ضخامت توده به دست خواهد آمد. با توجه به نقشه آنومالى گرانى باقیمانده تخمین ضخامت ماده معدنى را بر روى نقطه مرکز منحنى هاى هم مقدار در بخش غربى منطقه متمرکز مى کنیم براى این نقطه داریم:

بنابراین با توجه به فرمول اسلب داریم:

 بر اساس مقاطع بدست آمده از حفارى اکتشافى ضخامت ماده معدنى در این محل به طور تقریبى ۲۵ متر است یعنى اندازه گیرى ضخامت توده با استفاده از فرمول اسلب در این مورد داراى خطاى تقریبی۱۰درصد است که مى تواند خطاى قابل قبولى باشد. وارد شدن این خطا مى تواند به دلیل وجود خطا در اندازه گیرى هاى قبلى به خصوص اندازه گیرى اختلاف چگالى سنگ آهن با سنگ در بر گیرنده باشد. به هر حال با در نظر گرفتن اینکه این روش کاملا کم هزینه تر و سریع تر از روش حفارى اکتشافى مى باشد خطاى فوق مناسب و قابل قبول به نظر مى رسد.

تخمین عمق تقریبى آنومالى با استفاده از روش نصف عرض: یکى از مهمترین کاربردهاى نقشه آنومالى باقیمانده تخمین عمیق تقریبى بخش فوقانى آنومالى یا به عبارت دیگر تخمین ضخامت روباره است. تعیین ضخامت روباره مخصوصا در مراحل اولیه استخراج براى مشخص کردن حجم عملیات باطله بردارى تا رسیدن به ماده معدنى بسیار حایز اهمیت است. بنابراین داشتن یک تخمین اولیه از ضخامت روباره در مراحل اولیه اکتشاف کمک موثرى به برنامه ریزى هاى بعدى یک پروژه اکتشافى خواهد بود. نصف عرض یک آنومالى (x_۱/۲ ) فاصله افقى بیشترین مقدار آنومالى تا نقطه اى که مقدار آنومالى به نصف مقدار ماکزیمم کاهش مى یابد. براى تخمین عمق تقریبى آنومالى در راستاى پروفیل ۶۰۰ متر از نقشه آنومالى باقیمانده مقطع تهیه شد که در شکل ۴ نشان داده شده است. رابطه مورد استفاده براى تخمین عمق آنومالى بصورت زیر است:

با توجه به شکل ۴ داریم:

بنابراین براى این مقطع داریم:

    بر اساس اطلاعات گمانه هاى اکتشافى که بر روى این پروفیل حفر شده اندتوده معدنى داراى عمق متوسط ۱۱۰متر است بنابر این با توجه به اینکه عمق واقعى قرار گیرى توده معدنى از Z  بدست آمده باید کمتر باشد نتیجه مى شود نتیجه تخمین عمق بدست آمده از روى مقطع رسم شده بر روى آنومالى باقیمانده گرانى داراى دقت خوبى به عنوان روش اولیه براى تخمین عمق قرار گیرى توده مى باشد.

آنومالى گرانى باقیمانده مبین میزان گرانى خالص ناشى از توده هاى زیر سطحى مى باشدکه با سنگ هاى در بر گیرنده خود، اختلاف چگالى مشخصى دارد، بنابراین منطقى به نظر مى رسد اگر تصور شود میزان گرانى خالص بوجود آمده با اختلاف چگالى توده و سنگ هاى در برگیرنده و همچنین جرم توده رابطه مستقیم دارد، یعنى در یک سطح مشخص و با فرض ثابت بودن اختلاف چگالى، هر چه جرم توده بیشتر باشد میزان آنومالى گرانى ایجاد شده بیشتر خواهد بود. تخمین ذخیره ماده معدنى از روى داده هاى گرانى سنجى مستلزم انجام انتگرال گیرى سطح از آنومالى باقیمانده بر محدوده مورد نظر مى باشد. اگر محدوده مورد بررسى به n مربع با مساحت Δs تقسیم و  میانگین آنومالى باقیمانده Δg براى هر مربع بطور جداگانه محاسبه گردد مى توان توسط رابطه زیر تخمینى از میزان تناژ ماده معدنى بدست آورد. در اینجا با پیدا کردن مرکز هر مربع و به دست آوردن مقدار آنومالى گرانى باقیمانده براى مرکز هر مربع این مقدار به عنوان میانگین آنومالى باقیمانده براى آن مربع در نظر گرفته مى شود.

(۱)                                                        

ویا مى توان نوشت:

(۲)                                                            

در این رابطهM  تناژ ماده معدنى بر حسب تن و Δg آنومالى گرانى باقیمانده برحسب میلى گال،  _۱ρ و_۲ρ به ترتیب چگالى ماده معدنى و چگالى سنگ در برگیرنده بر حسب  gr/cm^۳  وΔs مساحت هر قسمت از توده مـعدنى بر حسب متر مربع و G ثابت جهانى گرانش است.

از آنجائى که برداشت هاى اکتشاف معدن بر روى یک شبکه مربعى صورت مى گیرد با بکار بردن شبکه مربعى براى تخمین جرم، محاسبات مربوط به این تخمین به سهولت انجام مى گیرد.براى تخمین جرم ماده معدنى نقشه آنومالى گرانى باقى مانده در مقیاس ۱:۲۰۰۰ تهیه شده و بخشى از آن  که داراى آنومالى گرانى بیشتر از صفر میلى گال است   به صورت یک شبکه مربعى با ابعاد سلول ۲ سانتى متر تقسیم بندى گردید.  Δg  مورد نظر در فرمول (۱) مقدار آنومالى با قیمانده در مرکز هر مربع است و Δs مساحت هر مربع در نظر گرفته مى شود. بر اساس مطالعات انجام شده سنگ معدن گل گهر در محدوده آنومالى شماره  ۲ شامل سه قسمت مى باشد که عبارتند از: مگنتیت پایینى؛ زون اکسیده و مگنتیت بالایی.  براساس این مطالعات چگالى متوسط این سه بخش gr/cm^۳ ۱۵/۴ اعلام شده است و بر اساس مطالعات زمین شناسى انجام شده سنگ در بر گیرنده توده معدنى شامل سنگهایى نظیر گنایس، کوارتزیت، آمفیبولیت، شیست، مرمر هاى دولومیتى و... است. با توجه به این که چگالى دقیق سنگ هاى در برگیرنده به طور متوسط ارائه نشده است، چگالى متوسط این سنگ ها به صورت میانگین حسابى وبر اساس آنچه در متون  سنگ شناسى وجود دارد محاسبه شده و در فرمول (۱) با مقدار متوسطgr/cm^۳ ۸۵/۲  جایگزین شده است.

ذخیره نهایى آنومالى شماره ۲ با احتساب خط تراز صفر و از فرمول(۱) برابر است با:

 بر اساس گزارش نهایى بررسى هاى فنى و اقتصادى آنومالى شماره ۲ معدن سنگ آهن گل گهر سیرجان ذخیره نهایى این آنومالى که با استفاده از روش مقاطع صورت پذیرفته  ۴۲میلیون تن برآورد شده است.  بنابراین تخمین ذخیره با روش گرانى سنجى نسبت به روش مقاطع در این مورد داراى خطاى تقریبى ۱۰درصد مى باشد.

براساس فرمول محاسبه جرم از روى نقشه آنومالى گرانى باقیمانده پارامترهاى مهم در تخمین جرم عبارتند از: چگالى ماده معدنى، چگالى سنگ در برگیرنده ، آنومالى گرانى و محدوده اى که به عنوان سطح آنومالى در نظر گرفته مى شود.   اگر این مقادیر بطور دقیق مورد اندازه گیرى قرار گیرند تخمین ذخیره انجام شده به واقعیت بسیار نزدیک خواهد بود. البته اثر روباره را نباید فراموش کرد زیرا روباره معمولا آبرفت است که چگالى آن نسبت به سنگ هاى در بر گیرنده توده معدنى بسیار کمتر است و ممکن است که در اندازه گیرى  Δgو یا _۲ρ ایجاد خطا نماید. به هر حال با اندازه گیرى دقیق میزان گرانى و چگالى بخش هاى مختلف توده معدنى وسنگ در برگیرنده با استفاده از روش هاى موجود مى توان تخمین را بالا برد. .بنابراین نداشتن ایده دقیقى از چگالى واقعى سنگ آهن و به خصوص سنگ در بر گیرنده مى تواند یکى از علل اصلى وارد شدن خطا در تخمین ذخیره به روش گرانى سنجى باشد. عامل دیگرى که ممکن است در تعیین دقت تخمین ذخیره با روش گرانى سنجى موثر باشد حد و مرزى است که بر روى نقشه آنومالى گرانى باقیمانده به عنوان محدوده کانسار در نظر گرفته مى شود. در این بررسى خط آنومالى باقیمانده صفر براى این منظور در نظر گرفته شده است اما این خط در بعضى از جاها بسته نبوده و تا خارج از مرزهاى آنومالى موجود در نقشه ادامه دارد. بنابراین عدم انطباق در این مورد در محاسبه و تخمین ذخیره تاثیر گذار است.

نتیجه گیرى :

نتایج حاصل از تفسیر نقشـه هـاى آنـومالى گرانى در محدوده آنومالى شماره ۲ معدن گل گهر سیرجان نشان مى دهد که در این محدوده مواد زیر سطحى مغناطیسى با چگالى زیاد وجود دارد که این مسئله را مى توان با توجه به دیگر کار هاى اکتشافى صورت گرفته در منطقه، به وجود ماده معدنى سنگ آهن در سنگ هاى زیر سطحى تفسیر کرد. تعیین ضخامت توده معدنى  با استفاده از نقشه آنومالى گرانى باقیمانده در صورت دقیق بودن پارامترهاى مورد نیاز  نتایج قابل قبولى به دست مى دهد که نتایج حاصله بسیار مفید، ارزشمند و قابل اعتماد مى باشد.

تخمین حداکثر عمق قرار گیرى ماده معدنى با استفاده از مقاطعى که بر روى نقشه آنومالى گرانى باقیمانده زده مى شود، با دقت در به دست آوردن پارامتر هاى مورد نیاز، داراى دقت قابل قبولى مى باشد و دقت نتایج بدست آمده در تعیین عمق قرار گیرى توده معدنى با استفاده از روش گرانى سنجى بیشتر از روش مغناطیس سنجى است.

این تحقیق نشان مى دهد که تخمین ذخیره کانسار با استفاده از روش هاى گرانى سنجى را مى توان یک تخمین قابل قبول، سریع و ارزان از ذخیره ماده معدنى به دست آورد. این روش به ویژه در مراحل اولیه پى جویى ماده معدنى که اطلاعات حفارى اکتشافى در دسترس نمى باشد مى تواند به عنوان کمک موثرى به محاسبه ذخیره ماده معدنى به کار رود.

منابع فارسى :

۱-  تلفورد و دیگران،۱۳۷۵، ژئوفیزیک کاربرذى (جلد اول) ، ترجمه زمردیان و حاجب حسینیه،  انتشارات دانشگاه تهران

۲-   تقى زاده، م.، ۱۳۸۴، تعبیر و تفسیر آنومالیهاى گرانى و مغناطیس سنجى آنومالى شماره ۳ معدن سنگ آهن گل گهر سیرجان، پایان نامه کارشناسى اکتشاف معدن ، دانشگاه یزد

۳-   حضرتى نژاد، ی.، ۱۳۸۳، تعبیر و تفسیر آنومالیهاى گرانى و مغناطیس سنجى آنومالى شماره ۲ معدن سنگ آهن گل گهر سیرجان، پایان نامه کارشناسى اکتشاف معدن، دانشگاه یزد

۴-      شرکت معدنى و صنعتى گل گهر،۱۳۷۶، گزارش فنى و اقتصادى مقدماتى آنومالى شماره ۲ گل گهر

۵-   شرکت مهندسین مشاور زاگرس کانسار یزد، ۱۳۸۵ ، گزارش اکتشاف مقدماتى مطالعات مغناطیس سنجى و گرانى سنجى کانسار آهن شواز در کفه طاقستان یزد

۶-   همتى، ع.  ۱۳۸۳ ، تعبیر و تفسیر آنومالیهاى گرانى و مغناطیس سنجى آنومالى شمالى سنگ آهن چغارت بافق، پایان نامه کارشناسى اکتشاف معدن ، دانشگاه یزد

References:

۱) Robinson, E.S. and Couruh, C., ۱۹۸۸, Basic Exploration Geophysics, Jhon Wiley And Sons Publication

۲) Kearey, P. and et al., ۲۰۰۲,  An introduction to geophysical exploration, Third edition, Blackwell publication

۳) Reedman, J.H.,۱۹۷۹,  Techniques in mineral exploration

۴) Gravity map of Area ۲ of  Gol-e-Gohar iron ore mine, Scale ۱:۲۰۰۰, Compiled by Geoinstitute- Beograd, Former Yugoslavia.

۵) Gibson, R. I. and Millegan, P.S., ۱۹۹۸, Geologic applications of gravity and magnetics: Case histories, SEG geophysical references series, No.۸

کلید واژه ها: گرانی‌سنجی‌ ژئوفیزیک سنگآهن کانسار گلگهر سایر موارد