Дипломная работа: Проведение гамма-гамма-каротажных работ на Шу-Сарысуйской урановой провинции с целью развед

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
Геологическая характеристика рудовмещающих отложений предпосылки их разработки геофизическими методами
Геологические особенности строения ураноносной провинции
Основные черты строения и рудоносность Шу-Cарысуйской урановой провинции
Геологическая характеристика ураноносной провинции на примере месторождения Мынкудук
Литолого-фациальные особенности рудовмещающих отложений Шу-Чарысуйской ураноносной провинции
Изучение литологического состава и стратиграфического разреза отложений, диаметров скважин и температурных условий пластов геофизическими методами

Геофизические методы исследования скважин и их роль при разведке и эксплуатации месторождений урана инфильтрационного типа
Задачи каротажных исследований
2.1.1 Этапы работ при подземном выщелачивании
Дифференциальные методы интерпретации данных каротажей
2.2.1 Теория Скотта
2.2.2 Теория Ресслера
2.2.3 Теория Хайковича
2.2.4 Теория Чэубека
2.2.5 Теория Горшкова
Подсчеты запасов месторождений для подземного выщелачивания
Геохимические предпосылки расчленения геологического разреза по величине эффективного атомного номера осадочных пород

Методика гамма- гамма - каротажа с фотонными низкоэнергетическими радионуклидами
Физические основы
3.1.1 Модификация ГГК
3.1.2 Геометрия измерений и зонды ГГК
3.1.3 Спектры рассеянного излучения
3.1.4 Основные зависимости и выбор зондов ГГК
3.1.5 Форма и интерпретация аномалий ГГК
3.1.6 Область применения ГГК
Определение эффективного атомного номера с помощью се-лективного гамма-гамма-каротажа
3.2.1 Железные руды
3.2.2 Угли и горючие сланцы
Способ выделения в разрезах скважины малопористых коллекторов и определения их пористости
Геохимические предпосылки расчленения геологического разреза по величине эффективного атомного номера
3.4.1 Горные породы как среды сложного химического состава
3.4.2 Определение плотности и эффективного атомного номера пород и руд с помощью гамма-гамма-каротажа
Аппаратура и методика работ
Основы теории метода
Система исходных уравнений и ее решение
Результаты практического применения ГГК
Определение понятия эффективного атомного номера для сложных сред
Охрана недр и охрана труда
Дозиметрия персонала и населения
Радиационное воздействие на население
Оценка возможного экономического ущерба окружающей среде
Оценка возможного ущерба окружающей среде на полигонах добычи методом подземного скважинного выщелачивания
Обеспечение радиационной и токсической безопасности
Расчет продолжительности работы персонала «А» с генераторами нейтронов
Расчет поглощенной дозы, получаемой исполнителями работ при гамма-каротаже
5.7.1 Настройка энергетического порога регистрации
5.7.2 Градуировка радиометров
5.7.3 Работы при каротаже скважин

Смета на производство геофизических работ
Общие положения
Укрупненные нормы времени на выполнение ГИС
6.2.1 Подготовительно-заключительные работы
6.2.1.1 Подготовительно-заключительные работы на базе
6.2.1.2 Подготовительно-заключительные работы на скважине
6.2.1.3 Контрольно-поверочные измерения от контрольных (рабочих) источников до и после каротажа скважины
6.2.2 Пересоединение скважинного прибора
6.2.3 Спуск - подъём скважинных приборов (СПО)
6.2.4 Проведение ГИС в скважинах, пробуренных на пластово – инфильтрационных месторождениях урана
6.2.5 Распечатка графиков каротажа непосредственно на скважине
6.2.6 Текущая камеральная обработка и оперативная Интерпретация результатов ГИС
Сметный расчет проведения геофизических исследований
6.3.1 Расчет затрат времени на производство ГИС
6.3.2 Расчет сметной стоимости проектируемых работ

Заключение
Список литературы

1 Геологическая характеристика рудовмещающих отложений
предпосылки их разработки геофизическими методами
1.1 Геологические особенности строения
ураноносной провинции
Исключительным разнообразием генетических условий образования месторождений урана объясняется тот факт, что в ходе поисков и при геологическом изучении различных регионов выявляются все новые и новые типы месторождений урана. От геологов, ведущих поиски урана, требуется творческий подход к изучению каждого обнаруженного рудопроявления, так как при этом всегда возможно выявление нового типа промышленного уранового оруденения.
Месторождения урана как и многих других металлов, обычно располагаются в определенных металлогенических провинциях, которые протягиваются на значительные расстояния, имея длину в несколько тысяч километров и ширину до пятисот километров, и поэтому называются рудными поясами. Последние встречаются в древних докембрийских щитах и в складчатых областях.
Ураноносные пояса докембрийских щитов располагаются вдоль краевых частей щитов, тектонически сочлененных с более молодыми платформенными или складчатыми областями. При нормально седиментационном перекрытии докембрийских щитов более молодыми породами, как, например, это имеет место на кожных склонах Балтийского щита, в их краевых частях ураноносных поясов не наблюдается.
Внутри такого типа рудных поясов главными структурами, контролирующими оруденение, являются крупные расколы архейского сооружения типа мощных региональных сбросов, разрывов, зон дробления и т.п.
Ураноносные пояса в складчатых областях также тяготеют к зонам сопряжения молодых структур с более платформенными образованиями.
Наибольшее количество месторождений урана концентрируется в той части области, где тектонические движения разрушают краевую часть платформ, а молодые складчатые структуры захватывают участки платформы и оказываются надвинутыми на нее.
Примером такого типа рудной провинции может явиться Кольдильерский рудный пояс Северной Америки. В более удаленных от платформ местах первостепенное значение имеют срединные жесткие массивы, представляющие собой крупные блоки платформ, захваченные и зажатые между более поздними складчатыми сооружениями.
Часто урановые месторождения концентрируются в периферической зоне таких массивов, причем в случае монолитного докембрийского основания массивы месторождения в большей своей части располагаются в примыкающей к нему молодых складчатых сооружениях. Наблюдаются также складчатые области, например, зона варисцид Западной Европы, в которых урановые месторождения находятся внутри более древних жестких массивов.
В щитах урановые месторождения располагаются либо вдали от интрузивов, с которыми их можно было бы связать генетически, либо такие интрузивы в районе проявления урановой минерализации вообще неизвестны.
В противоположность этому, в складчатых областях урановые месторождения обычно проявляют связь с молодыми интрузиями, располагаясь в их экзо- и эндоконтактных зонах.

Таблица 1 - Региональные закономерности размещения главных типов месторождений, отрабатываемых подземным выщелачиванием
Фактор
Типы месторождений
Пластово-инфильтрацтонные
Грунтово-инфильтрационные

Геотектонический
Режим развития в период рудообразования Активизированные окраины молодых платформ на границе с орогенами



Интенсивные дифференцированные движения с образованием поднятий и впадин Внутренние впадины орогенов,
краевые зоны купольных поднятий
стабильных областей платформ
Слабо дифференцированные движения при устойчивом опускании
Структурный Крупные депрессии
(100-10000 км) Средние и мелкие депрессии и паледолины (10-1000 км)



Гидродинамический Устойчивый инфильтрационный режим

Артезианские бассейны
синеклизного и грабенсинеклизного типа
Артезианские бассейны межгорных впалин

Артезианские бассейны палеодолин



Палеоклиматический Инверсия палеоклимата
Полугумидный и гумидный эпохи осадконакопления на аридной эпохи рудообразования Гумидный эпохи осадконакопления на аридной эпохи рудообразования

Литолого-фациальный Аллювиальные комплексы крупных рек, их дельт, прибрежно-морские терригенные комплексы
Пески,гравийники,алевриты,глины Озерные и аллювиально пролювиальные комплексы
Аллювиальные комплексы малых рек
Геохимический тип пород Сероцветный
Сорг 0,01-0,2 % Черно- и сероцветные
Сорг 0, 1%
Тип восстановителя в породах
Сингенетический и эпигенетический,органический и неорганический Исключительно сингенетический, органический


Ураноносность пород области питания

Любая
Повышенная

1.2 Основные черты строения и рудоносность
Шу-Cарысуйской урановой провинции

Шу-Сарысуйская урановорудная провинция расположена в одноименной впадине, ограниченной с юга Киргизским, с северо-востока Кендыктасским и Шу-Илийским хребтами, на западе хребта Каратау и на севере мелкогорьем Казахского свода.
Поверхность впадины представляет собой пустынную равнину, постепенно понижающуюся с юго-востока (абсолютные отметки около 1000 м) на северо-запад ( абсолютные отметки 60-100 м).равнину пересекает ряд небольших рек, теряющихся в бессточных солончаковых котловинах. Климат района аридный, с летними температурами до + 45ْْ и зимними -35 ْ годовое количество осадков 60-160 мм.
Урановые месторождения занимают центральную часть впадины
Рудоносные мезозой-кайнозойские отложения залегают на породах промежуточного комплекса, представленного пологозалегающими брахиформными литифицированными красноцветными терригенными, карбонатными и гипсосоленосными породами D2 -P2 км.
В солянокупольных структурах этих пород в центральной части впадины известны небольшие скопления углеводородных и азотно-гелиевых газов.
В разрезе мезозоя – кайнозоя выделяются юрские угленосные, верхнемеловые и палеогеновые отложения. Первые выполняют систему изолированных приразломных впадин.
Мел-палеогеновые осадки имеют площадное развитие, широко варьирующую мощность (10-950 м) и вмещают все известные месторождения, которые, в свою очередь, перекрываются повсеместно развитыми олигоцен - четвертичными отложениями мощностью от 50
до 400 м.
В разрезе меловых отложений выделяются нижнетуронский, турон-сантонский и кампан-маастрихтский горизонты, сложенные континентальными аллювиальными осадками ритмичного строения.
Каждый горизонт начинается с грубозернистых песков и гравийников стрежнево-русловых фаций, закономерно сменяющихся вверх по разрезу более мелкозернистыми руслово-пойменными и водораздельными осадками.
В целом в разрезе горизонтов преобладают проницаемые песчаные отложения, а разделяются они невыдержанными глинистыми водоупорами.
Первичный геохимический тип меловых отложений в основном сероцветный. Содержание органического углерода в пределах 0,05- 0,02 %.
Палеогеновые месторождения представлены двумя разделенными размывом горизонтами–палеоцен- среднеэоценовым и средневерхэоценовым.
Нижний горизонт выполнен глинисто-песчанистыми осадками аллювиально-озерного типа, причем на западе впадины преобладают глинистые, а на востоке-песчаные отложения. Верхний горизонт слагают исключительно глинистые осадки, являющиеся региональным водоупором.
Первичный геохимический тип палеогеновых отложений также преимущественно сероцветный, но содержание органического углерода в них выше -0,35 %.
Неогеновые отложения залегают на нижележащих с размывом и состоят из глин и песчаников.
Четвертичные отложения представлены песками, галечников временных водотоков и грубообомочными отложениями конусов выноса.
Мел-палеогеновые отложения залегают с небольшим уклоном с юго-востока на северо-запад, увеличивающимся к предгорьям до 12-15 ْْ.
Их залегание нарушено многочисленными разломами с амплитудой перемещений от 150 до 1000 м в предгорной части и от 50 до 1000 м на северо-западе. Разломные швы в рыхлых отложениях обычно выполнены глиной и служат водоупорами.
В гидрогеологическом отношении район является крупным артезианским бассейном, водоносные горизонты мелового комплекса в основном связаны между собой, палеогеновые разделены водоупорами.
Воды напорные, с напором на кровлю водоносных горизонтов 80-120 м при вскрытии горизонтов скважинами уровни подземных вод устанавливаются на глубинах 10-40 м от поверхности.
Гидродинамический режим в районе, по-видимому, оставался стабильным с позднего мела, что способствовало проникновению кислородных вод вглубь артезианского бассейна.
Современная граница расходования кислорода в подземных водах удалена от областей питания основной горной системы Тянь-Шаня на сотни километров. Наряду с этим имеются молодые инфильтрационные кислородные потоки, развивающиеся от новейших поднятий (хр.Каратау
и др.).
По интенсивности и длительности кислородной инфильтрации подземных вод Шу-Сарысуйский регион уникален. Подобный гидродинамический режим, несомненно, явился одним из главных факторов формирования уникальных урановых месторождений.
В районе выделяются 8 урановых месторождений, из которых 5 локализуется в меловых и 3 в палеогеновых отложениях.
Фронты пластового окисления, развитые в меловых и палеогеновых комплексах, образуют три протяженные извилистые дугообразные полосы, протягивающиеся с севера-востока на юго-запад и последовательно сменяющие друг друга с юго-востока на северо-запад. Крайнюю северо-западную полосу образуют фронты пластового окисления, развивающиеся в породах нижнетуронского и турон-сантонского горизонтов мела, среднюю- фронт пластового окисления в кампан-маастрихтском горизонте, крайнюю юго-восточную – фронты в палеоцен-среднеэоценовом и средне-верхнеэоценовом горизонтах палеогена .
С первой из указанных полос связаны урановые месторождения Мынкудук, Инкай, Буденовское, со второй-Жалпак и Шолак-Эспе, с третьей – Уванас, Моинкум и Канжуган.
Урановое оруденение практически непрерывно развиваетя вдоль фронтов пластового окисления и выделение отдельных месторождений носит несколько условный характер. Так, границей месторождений Инкай и Мынкудук является крутой изгиб непрерывных фронтов с изменением их простирания с субширотого на меридиональное. Однако наряду с этим месторожления Моинкум и Канжуган имеют естественное ограничение по разлому с амплитудой вертикального перемещения до 160 м.
Особенностью месторождений северо-западной рудной полосы (Мынкудук, Инкай) является развитие оруденения в двух сближенных в плане горизонтах на нескольких уровнях, с частым образованием единых сложных залежей мощностью до десятков метров, что даже при невысоких содержаниях урана обеспечивает высокую продуктивность( десятки килограммов на 1 м площади залежи). Именно этим показателем определяются запасы месторождений данной части района.
Вместе с тем рудные тела здесь обычно лишены верхнего, а в случае залегания на удалении от фундамента и нижнего водоупоров, что создает определенные трудности для выщелачивания. Кроме того, глубины залегания рудоносных пластов здесь максимальны и увеличиваются с севера на юг от 150-380 м на Мынкудуке до 600-650 м на южном фланге Инкая.
Особенностью месторождений юго-восточной полосы является сложность морфологии рудоносных фронтов, определяемая на западе влиянием современных инфильтрационных потоков с хр. Каратау.
Здесь нередко наблюдаются также случаи перетока напорных кислородных вод нижнего горизонта через разрывы промежуточного водоупора в сероцветную область верхнего горизонта, с формированием своеобразных локальных кольцевых фронтов пластового окисления и связанных с ними руд.
На месторождении Моинкум, особенно в северной его части, в разрезе рудоносных горизонтов появляются невыдержанные маломощные прослои и линзы углей, как правило, несущие повышенные концентрации урана ( до целых процентов).
Однако выщелачивание урана из таких образований затруднено и их промышленная ценность сомнительна.
Промежуточная, кампан-маастрихтская, полоса в Шу-Сарысуйском районе выглядит относительно слаборудоносной вследствие неравномерного фациального состава отложений, однако ее поисковая изученность остается еще неполной, развитые здесь месторождения отличаются сравнительно небольшими запасами, но северо-восточная часть района характеризуется минимальными глубинами залегания рудоносных горизонтов, которые на месторождении Жалпак составляют около 100 м.
Подавляющая часть урановых руд Шу-Сарысуйского района локализуется в практически бескарбонатных высокопроницаемых отложениях. Коэффициенты фильтрации по рудоносным горизонтам составляют от 2-5 до 15-20 м/сут. Из попутных компонентов в рудах месторождений в заметных концентрациях отмечаются селен и рений. Наиболее высокими содержаниями этих элементов отличаются месторождения Канжуган и Моинкум, рения –Жалпак и восточный фланг Мынкудука.
Возраст образования руд оценивается как миоцен-среднеплиоценовый и плиоцен-четвертичный. При этом основная масса руд сформировалась в миоцен-среднеплиоценовую эпоху.


1.3 Геологическая характеристика ураноносной провинции
на примере месторождения Мынкудук
Месторождение Мынкудук является одним из крупных, детально разведанных месторождений района (запасы урана 122 тыс.). Рудные залежи месторождения локализуются на фронтах пластового окисления, развивающихся в нижнетуронском, турон-сантонском, а на восточном фланге – частично кампан-маастрихтском горизонтах верхнего мела.
Оба нижних горизонта представлены последовательно сменяющимися в разрезе грубо- и средне-мелкозеонистыми песками, а также алеврит –глинистыми осадками преимущественно сероцветного типа. Кампан-маастрихтский горизонт имеет тот же состав, но лишь базальные его слои относятся к сероцветному типу. Основная его часть сложена розовыми и желтыми породами и оруденения не содержит.
Количество органического углерода в сероцветах колеблется в пределах 0,04-0,06%, увеличиваясь в базальных слоях кампана-маастрихта до 0,1%. Содержание закисного железа в среднем 0,07%. Содержание урана в незатронутых окислительным эпигенезом породах 3-3,5 г/т. Карбонатность по содержанию СО2 0,1-0,5 %.
Положение фронтов пластового окисления контролируется областью развития русловых фаций и фаций низкой поймы, соответствующих палеоруслу крупной реки субширотного направления.
Нижним региональным водоупором являются красноцветные аргиллиты, местами известняки карбона-перми, верхним- глинистые отложения палеогена.
Уровень устанавливается на глубине 60-80 м от поверхности.
Коэффициенты фильтрации по породам рудоносных горизонтов 2-25 м/сут. Средняя водопроводимость: от 10 до 100 м/сут.
Гидравлические уклоны от 0,0001 до 0,0002.
Средняя скорость фильтрации вод 0,8-1,3 м/год.
В осевой части инфильтрационного потока воды пресные и солоноватые (минерализация 1-3 г/л), сульфатно-хлоридные, кальциево-магниево-натриевые.Содержание урана в подземных водах в тыловой части фронтов окисления не превышает n∙10 г/л. В пределах месторождения содержание урана повышается до (1-3) ∙10 г/л. Рудоконтролирующие зоны пластового окисления всех трех рудоносных горизонтов в тыловой части сливаются, и весь разрез мела, от палеозойского основания до палеогена, оказывается окисленным.
В головной части единый фронт расщепляется в разрезе на ряд языков , развивающихся по благоприятным фациальным слоям. В нижнем туроне выделяется до трех таких уровней, в верхнем туроне-сантоне-до двух, в кампане-маастрихте- один. В вертикальном разрезе рудные тела имеют форму сложных роллов с мощной мешковой частью им неразвитыми крыльями. Головная часть роллов также неровная, с выдающимися вперед апофизами. Роллы смежных уровней (слоев) иногда сливаются в сложные ступенчатые системы. Мощность залежи в среднем составляет от 10-15 м, достигая в «мешках» 30 и даже 40 м. Ширина залежей колеблется от 100 до 500 м.
В плане залежи имеют вид извилистых лент. Их непрерывная протяженность меняется от сотен метров до десятков километров и более.
Перерывы в рудоносности главным образом связаны с попаданием фронтов пластового окисления в участке земноцветных или пестроцветных осадков.
Содержание урана меняется от первых сотых до десятых долей прцента (в среднем 0.03-0,04 %). В составе руд кампан-маастрихтского горизонта преобладает тонкодисперсный коффинит.
В рудах остальных горизонтов оксиды и коффинит присутствуют в равном количестве. Из попутных компонентов в рудах промышленное значение имеет только реий, извлекаемый вместе сураном.
Содержание рения в среднем близко к 2 г/т.
Максимальные содержания (до 60г/т) соответствует скоплениям углистого вещества. Минеральная форма рения не установлена. Предполагается, он связан с дисульфидами железа. Однако при микроскопических исследованиях доказано присутствие в рудах прренатов серебра.
Геохимическая зональность в сечении рудных тел обычна для пластово-инфильтрационных месторождений с выраженной подзоной разрушающихся руд, где радиоактивное равновесие резко смещено в сторону радия (до 1000 %), а также с передовой подзоной бедных руд со сдвигом равновесия в сторону урана.
Характерно закономерное увеличение кислородных коэффициентов оксидов урана от 2.2-2,5 в тыловой части до 3 в передовой части роллов.
Отмечено присутствие в рудах гелеподобных частиц уран-титан-кремниевого состава. Все эти данные свидетельствуют о продолжающемся в настоящее время процессе переотложения руд («перекатывания» роллов). Вместе с тем возраст начала формирования руд по изотопным данным и изучению радиационных дефектов в кварцах оценивается в 1-5 млн. лет.
Благодаря высокой проницаемости рудовмещающих отложений, наличию регионального нижнего водоупора, высокой продуктивности рудных залежей, насыщенности фильтрующих горизонтов рудным веществом, небольшой глубинен залегания (от 150 м на востоке, до 380 на западе) месторождении Мынкудук чрезвычайно благоприятно для скважинного подземного выщелачивания. Наряду с этим наличие регионального верхнего водоупора, изолирующего меловые водоносные горизонты, и относительная минерализация вод, не представляющих питьевой и хозяйственной ценности, а также пустынная поверхность создают благоприятные экологические условия для его освоения.
Месторождение отрабатывается с конца 80 годов. В основном отрабатываются неглубокозалегающие залежи участка «Восточный», располагающиеся над водоупором фундамента. Однако доказана возможность эффективной отработки и висячих залежей, не имеющих нижнего водоупора.

1.4 Литолого-фациальные особенности рудовмещающих отложений
Шу-Чарысуйской ураноносной провинции

Инфильтрационные (гидрогенные) месторождения урана характеризуются нарушением радиоактивного равновесия между радием и ураном как в плане, так и в разрезе, что существенно ограничивает возможности метода ГК для определения параметров к подсчету и учету запасов. При этом на тапе разведки для оптимальной организации процесса ПВ необходимо получить полное представление о литологическом составе пород продуктивного горизонта, который определяет их фильтрационные свойства. Поэтому предметом детальных исследований гидрогенных месторождений является не только руда, но и весь продуктивный горизонт (вмещающие руду осадочные породы), а также водоупоры (перекрывающие и подстилающие продуктивный горизонт непроницаемые породы). Необходимую информацию получают по результатам каротажа методами интегрального гамма-каротажа (ГК), стандартного электрокаротажа методами КС и ПС с привлечением результатов каротажа методом мгновенных нейтронов деления (КНД-М). И стоит подумать о привлечении акустического каротажа .

Инфильтрационные месторождения на юге Казахстана (рис.1.1) формируются подземными водами, где окислительно-восстановительный барьер
– главный фактор, определяющий рудоотложение.
В основе классификации 2 признака:
1. гидрогеологический тип рудообразующих подземных вод:
1) пластово-инфильтрационные (региональные зоны пластового окисления), образованные пластовыми напорными водами при их латеральном движении;
2) грунтово- инфильтрационные (региональные зоны грунтового окисления), образованные грунтовыми безнапорными водами при их латеральном движении;
3) ураноугольные, образованные грунтово-пластовыми безнапорными или слабо напорными водами при их нисходящем и частично- латеральном движении;
4) трещинно-инфильтрационные, образованные трещинными безнапорными водами при их нисходящем движении;
5) карстово-инфильтрационные, образованные карстовыми безнапорными водами при их нисходящем движении;
2. характер восстановителей, определяющих восстановление геохимического барьера.
Формирование того или иного типа подземных вод связано с геотектонической обстановкой регионов.
Пластовые и напорные воды образуются в условиях отрицательных структур, активизированных окраин платформ . вблизи границы с орогенами и во внутренних впадинах орогенов .
В этих же условиях, но в области поднятий формируются трещинные и карстовые воды.....