Записки уральского геофизика - Часть III

Пришла пора - настало время, 
Когда раздумывать нельзя. 
Шаг за порог, и нет дилеммы, 
А есть работа и друзья. 

Но если резкими мазками
Разлука вычернит любовь -
Прибор на шее точно камень,
Работа - омут голубой. 

Пришла пора, настало время, 
За летней - зимняя пора. 
Нога зависла возле стремя, 
Но то минутная хандра. 

А в мыслях он почти у дома,
Но сам чертовски далеко.
Кому такое не знакомо,
Тот не поймет полевиков.

Автор: Сергей Сегаль*

В течение нескольких лет опытные работы на производстве были сконцентрированы в Баженовской геофизической экспедиции, где они проводились под руководством главного инженера экспедиции Николая Ивановича Шахова. Им был разработан метод автоматического исключения нормальной составляющей (АИНС). Параллельно на кафедре электроразведки СГИ были разработаны метод компенсации (Овчинников Иван Кириллович – заведующий кафедрой физики), метод вертикального поля и больших планшетов метода изолиний (Соковцев Глеб Павлович) как детализационный метод наложения полей. Проводилось опробование метода вертикальных электрических зондирований (ВЭЗ) для выявления круто падающих проводников. (Ранее он применялся только для горизонтальных сред.) В комплексе электрических методов так же использовался метод естественного поля (ЕП), а позднее Авениром Александровичем Редозубовым (заведующим кафедрой электроразведки после Глеба Павловича Соковцева) был разработан метод анизотропии. Всеми этими методами при определенных благоприятных условиях было открыто несколько рудных тел и месторождений (Ново-Горбуновское м-е – С.А. Костромкин, В.А. Цыганков, 1952 г.; Ново-Шайтанское месторождение, Светлореченское – А.П. Чиркин, А.А. Редозубов; А.М. Степановым было открыто Северо-Комсомольское месторождение, рудные тела которого залегают на глубине 200-250 м).

Результатом этих работ было открытие большого количества электрических аномалий на территории всех меднорудных районов, природа их не всегда была доказана однозначно и наряду с рудными, среди них было большое количество и нерудных. Встал вопрос о необходимости разбраковки этих аномалий и, следовательно, о проведении тематических работ. Первые партии были организованы в Баженовской геофизической экспедиции и руководили ими Нина Александровна Васильевна, Владимир Алексеевич Желамков, Татьяна Валентиновна Дедышева. Геологическим обоснованием руководила Елизавета Борисовна Бельтенева.

Этими партиями была проделана огромная работа по разбраковки геофизических аномалий, в результате которых было открыто несколько новых рудных тел и расширены перспективы старых. Впоследствии тематические работы на медь были передислоцированы в Опытно – методическую экспедицию. Руководили ими Дедышева Татьяна Валентиновна, а затем Холодилова Наталья Фёдоровна. В задачу партий входил оперативный анализ всех геофизических исследований в меднорудных районах. В этих работах активное участие принимали геофизики Пигулевская Вера Борисовна, геолог Медведева Татьяна Николаевна и многие другие.

Однако, несмотря на отдельные положительные результаты, в целом выработать методику электроразведочных исследований для поисков глубоко залегающих месторождений методами постоянного тока не удалось.

Разработкой электроразведочных методов на переменном токе, из которых наиболее широко применяемым был метод ВП (вызванной поляризации), занимались как производственные организации, так и институт геофизики АН СССР. На производстве особенно большой вклад в разработку метода внес Олег Михайлович Шаповалов – начальник партии Челябинской геолого-геофизической экспедиции.

Начиная с 50-х годов, в комплексе электроразведочных методов все большую роль начинают играть методы скважинной электроразведки.

Развитию методов скважинной электроразведки много сил отдал профессор кафедры СГИ, доктор геолого-минералогических наук, заслуженный деятель науки и техники РФ Анатолий Константинович Козырин. Это человек героической судьбы. Студентом он ушел на фронт в Великую Отечественную войну. Вернулся без обеих ног. Окончил Горный институт по специальности геофизика и всю свою творческую жизнь отдал работе в СГИ. На одном протезе и двух костылях он ежедневно на городском транспорте добирался до института, читал лекции студентам, а после занятий занимался научно-исследовательской работой. Его можно было видеть и в лаборатории, где он засиживался допоздна, и у скважин на разведуемых площадях. Разработанный им метод электрической корреляции в скважинах был достаточно эффективен при изучении разреза в скважинах и межскважинного пространства. Недавно Анатолий Константинович отметил свой восьмидесятилетний юбилей.

Заведующим кафедрой электроразведки Авениром Александровичем Редозубовым был разработан метод погруженных электродов.

Очень эффективным оказалось комплексирование скважинных измерений с поверхностными, которое было реализовано в методе заряда. Применение большого заряда значительно увеличило ее глубинность.

В разработку метода много сил вложил Сергей Алексеевич Костромкин– начальник партии Средне-Уральской геолого-геофизической экспедиции, выпускник Свердловского Горного института. Разработка метода велась в содружестве с СГИ и институтом геофизики.

Интенсивное развитие скважинных методов и методов с использованием переменного тока значительно способствовало изучению нового крупного колчеданоносного района на Южном Урале – Узельгинского.

Геофизические исследования позволили изучить внутреннее строение Узельгинского, им. XIX партсъезда, Молодежного месторождений, группы Озерских месторождений и ряда рудопроявлений. При проверке аномалии проводимости было открыто Александринское месторождение и одно из Озерных. Большой вклад внесла геофизика в изучение Узельгинского месторождения.

Электроразведка на постоянном токе, в основном, в модификации ВЭЗ (вертикальное электрическое зондирование) начала применяться с 30-х годов. Это был основной метод, применявшийся на поиски угольных месторождений, и в региональном варианте для поисков нефтяных месторождений.

Для поисков рудных месторождений из-за сложного геологического разреза метод ВЭЗ и его модификация – профилирование – применялся как детализационный и, в основном, для качественного анализа.

При поисках нефти электроразведка ВЭЗ использовалась для изучения рельефа коренных пород и выделения купольных структур. Поэтому все региональные работы в 30-40е годы выполнялись по профилям методом ВЭЗ. Но с внедрением в производственные работы гравиметрической съемки роль электроразведочных наблюдений методом ВЭЗ резко упала. ВЭЗ продолжали выполняться лишь на опорных региональных профилях, и то далеко не везде.

Такая же участь постигла электроразведку (ВЭЗ) и при поисках угольных месторождений.

Минимумами сопротивлений в пределах угленосной полосы достаточно уверенно выделялись депрессии, выполненные угленосными осадками. Однако, такими же минимумами сопротивлений выделялись и рассланцованные комплексы, полосы углистых сланцев и некоторые другие образования в фундаменте. Поэтому широкое развитие электроразведочных работ при поисках угля постепенно сократилось. Однако следует отметить, что вывод электроразведки ВЭЗ из комплекса геофизических методов не всегда был оправдан.

Очень хорошие результаты получены от проведения электроразведочных работ методом ВЭЗ при гидрогеологических исследованиях. В Тургайском прогибе и на Урале была разработана методика поисков пресной воды в засушливых районах Северного Казахстана и Зауралья, Курганской и Кустанайской областях. На фоне широко проявленных соленых вод, которые имеют низкое сопротивление, участки развития пресной воды выделяются повышенными значениями сопротивлений. Методику этих исследований разрабатывали выпускники СГИ в Кустанайской области: Сегаль З.Я., Дорофеев Б.В., Ананьева Е.М. В Курганской: Чиркин А.П., Сомов В.Ф., Долотказин Ш.А. и другие. За обеспечение водой Курганской области группа участников этих работ, в том числе геофизики Ермаков Н.П., Долотказин Ш.А., Чиркин А.П., Сомов В.Ф. стали лауреатами Государственной премии.

Мы уже говорили, что, начиная с 1947 года, геофизические исследования становятся комплексными.

В комплексе с электроразведочными методами при поисках колчеданных месторождений применяются магнитные и гравиметрические съемки, а также другие методы (на особенностях применения этих съемок мы остановимся ниже). В то же время, методы ВП и заряда достаточно широко применялись при поисковых работах на железные руды и другие полезные ископаемые, способные создавать проводники.

Перед магнитными съемками широко ставились картировочные задачи. Особое внимание уделялось картированию магнетитсодержащих комплексов, например, серпентинитов и широко развитых на Урале зон метасоматически измененных пород. Решение последней задачи имело и поисковое значение.

Так, магнетитовое оруденение, как правило, сопровождалось довольно широким ореолом магнитных аномалий, обусловленных развитием щелочного метасоматоза и обогащением вмещающих оруденение комплексов вторичным магнетитом. Площадные магнитные съемки позволяли значительно локализовать площади поисковых работ. При детальном изучении выделенных рудных узлов магнитометрия позволяла изучить внутреннее строение рудного узла. При этом в соответствии с кругом решаемых задач определялись масштаб и точность магнитных съемок. Изучение рудных районов, как правило, проводилось в масштабе 1:25.000, 1:50.000 с детализацией до 1:10.000 и крупнее.

На открытом Урале это были наземные магнитные съемки. К сожалению, большая часть съёмок первых лет, примерно до 1960 года особенно, проводившихся с целью поисков магнетитовых руд, имело низкую точность: ± 30-50 и даже 100 нТл. Самая высокая точность ± 15 нТл. Эти съемки могли быть использованы только для поисков магнетитовых месторождений, залегающих вблизи поверхности и создающих достаточно интенсивные магнитные аномалии. Поскольку перспективные на поиски магнетитовых месторождений площади в пределах открытого Урала были, в основном, покрыты площадными магнитными съемками масштаба 1:25.000 и крупнее, фонд легко отрываемых месторождений резко сузился.

На повестку дня встали поиски глубоко залегающих месторождений и изучение закрытых площадей на восточном склоне Урала и в Приуралье. Магнитные аномалии же над этими объектами имели значительно меньшую интенсивность. По своей амплитуде они были близки аномалиям над "породными" комплексами. Следовательно, потребовалось повышение детальности и точности магнитных съемок. Тем более что перед магнитными съемками, наряду с поисковыми стали все чаще ставиться картировочные задачи.

После 1960 г. точность магнитных съемок, в основном, была порядка 6-10 нТл, а с появлением квантовых магнитометров еще выше: до ± 3 нТл.

В Тагильском районе Владимиром Ефимовичем Капланом было предложено применить детальные магнитные съемки для изучения внутреннего строения рудных полей и использовать эти данные при подсчете запасов. Для этих целей ставились и проводились высокоточные детальные магнитные съемки масштабов 1:5000 и 1:2000. В результате было детально отрисовано блоковое строение рудных полей, прослежены тектонические нарушения, определяющие контуры блоков с разной рудоносностью. Все это значительно повысило точность подсчетов, что и оправдало затраты на сверхдетальные высокоточные магнитные съемки.

Большой вклад в проведение магнитометрических работ в Тагильском рудном районе внесли Ратников Г.И., Новожилов М.А. и другие, в основном, все – выпускники СГИ.

Трудности, с которыми столкнулись исследователи при магнитных съемках в связи с поисками глубоко залегающих месторождений, потребовали разработки методики разбраковки локальных магнитных аномалий с целью выделения среди них "рудных " аномалий. При детальных работах в железорудных районах для разбраковки аномалий использовались повысотные аэромагнитные съемки, метод заряда и скважинная магниторазведка, позволяющая проследить рудное тело в межскважинном пространстве.

При поисковых работах потребовалось повышение точности съемок, и изучение основности верхней части коры (на этом вопросе мы остановимся ниже).

Для разбраковки магнитных аномалий на рудные и породные, как при разведочных, так и при поисковых работах на Урале, начиная с 70-х годов широко применялся метод искусственного подмагничивания МИП. Метод основан на резком отличии магнетитовых руд от вмещающих пород по магнитной восприимчивости. Разработан метод был сотрудником института геофизики АН СССР Стадухиным В.Д. Практическое его применение и широкую популяризацию осуществил начальник отряда МИП Челябинской экспедиции Шабанова Нина Николаевна. Оба выпускники СГИ. Применение МИП позволило увеличить эффективность поисковых работ примерно на 60%. Глубинность метода достигала 400-500 м, что значительно расширило сферу применения метода.

Большие коррективы в методику проведения площадных магниторазведочных исследований внесли аэромагнитные съемки.

Первые, аэромагнитные съемки на Урале были выполнены в 1948 году с магнитометром АЛ-9. Надо сказать, что аэромагнитные съемки на Урале начались с триумфа.

Не смотря на низкую точность съемок ±500 нТл (гамм), аэромагнитной съемкой на западе Тургайского прогиба в течение двух дней были открыты все крупные и крупнейшие месторождения магнетитовых руд в Главной рудоносной полосе Тургая: Сарбай, Соколовка, Качар, Ломоносовское и другие. Начальником партии был выпускник СГИ Носиков В.П. Подробнее на работах в Тургайском прогибе мы остановимся ниже.

После успеха в Тургайском прогибе аэромагнитные съемки начали быстро развиваться с охватом все новых территорий. На Урале они развивались по двум направлениям. Пришедший на смену прибору Логачева аэромагнитометр АМ-49, установленный на самолете ЛИ-2, позволил развернуть аэромагнитные исследования на огромных территориях Советского Союза. В том числе этими съемками был покрыт Урал и все, сопредельные с ним территории. Эти съемки позволили получить первое представление о характере магнитного поля СССР и были реализованы при составлении карты аномального магнитного поля (Та) СССР масштаба 1:2 500 000. Карта была составлена в 1974 г. во ВСЕГЕИ под редакцией Татьяны Николаевны Симоненко. Ответственный редактор – Зоя Александровна Макарова. Однако недостатком этих съемок являлись большая высота полета, не менее 200 метров, и мелкий масштаб съемок 1:200 000. Расстояние между профилями было 2 км. Привязка аэровизуальная. Для целей регионального картирования эти съемки давали ценнейший материал, и упомянутая карта не потеряла своей актуальности до настоящего времени. Следует отметить, что все последующие региональные карты магнитного поля масштабов I : 5000 000 и I : 10 000 000 были составлены на основе карты масштаба I : 2 500 000 под редакцией Т.Н. Симоненко и З.А. Макаровой. Для целей средне- и крупномасштабного картирования и поисков необходимы были более детальные аэромагнитные съемки. С этой целью в Уральском геофизическом тресте и была создана Аэромагнитная партия, работа которой в основном обеспечивалась выпускниками геофизического факультета СГИ. После В.П. Носикова, который был отозван в Москву в Министерство геологии СССР, начальником партии стал В.А. Уфимцев, а с 1966 года бессменным руководителем партии является кандидат г.м.н. А.В. Чурсин.

Прибор АЛ-9 сменил прибор АСГМ-25, который крепился на самолетах АН-2 и позволял на высотах 50-100 м изучать магнитное поле в масштабах 1:100 000, 1:50 000 и 1:25 000. В сравнительно короткий срок аэромагнитными съемками были покрыты восточный склон Урала и Приуралья. Поскольку открытая часть Урала была в большей своей части закрыта наземными среднемасштабными магнитными съемками, первостепенной задачей было изучение закрытых территорий. Тем более, опыт показал, что аэромагнитные съемки даже высокой точности для открытых территорий дают значительно более осредненное представление о магнитном поле и не могут полностью заменить наземных съемок. Недостатком же съемок с АСГМ-25 была их низкая точность ±25 нТл и аэровизуальная привязка.

Значительные изменения в детальности аэромагнитных съемок, а, следовательно, и в методике их применения внесло появление более высокоточных магнитометров АММ-13, а затем квантовых и протонных. С появлением высокоточных магнитометров начали заново перекрываться съемками повышенной точности площади, заснятые с магнитометром АСГМ-25. Так, съемками масштаба 1:10 000 с протонным магнитометром точностью ±3-5 нТл были засняты все площади, перспективные на поиски алмазов на западном склоне Урала. Перекрыты новыми съемками перспективные площади на большей части Зауралья. В результате аэромагнитных съемок в Зауралье было открыто несколько месторождений магнетитовых руд: группа Большереченских, Пийских, Понилских месторождений и рудопроявлений. Ряд перспективных аномалий был рекомендован к проверке.

На северном продолжении Главной рудоносной полосы Тургая по рекомендациям тематических работ (Ананьева Е.М. – партия региональной геофизики), были подтверждены магнитные аномалии, выявленные с прибором АЛ-9, и открыт ряд новых. В том числе подтверждена Угловая аномалия, с которой оказалось, связано Глубоченское месторождение магнетитовых руд. В Курганском Зауралье был открыт новый крупный железорудный район, недостатком которого является достаточно мощный мезозойский чехол, затрудняющий разработку месторождений.

Много нового аэромагнитные съемки внесли в изучение старых горнорудных районов в пределах Тагильской и Магнитогорской рифтогенных структур. При этом особенно эффективными оказались повысотные съемки. Методику повысотных съемок разработал А.В. Чурсин.

В результате этих съемок в Магнитогорском рудном узле было уточнено строение глубоких горизонтов рудных тел, открыто Подотвальное месторождение. В Тагильском рудном районе за счет глубоких горизонтов увеличены запасы Естюнинского и других месторождений. Здесь был выявлен глубоко залегающий объект – Ново-Естюнинский участок с запасами порядка 150 млн. т. Открыты Северо-Горблагодатское и Лагерное месторождения.

Повышение точности и детальности аэромагнитных съемок позволил использовать их при изучении типов структур, перспективных на нефть и газ, в осадочном чехле. Такие работы выполнялись в Пермском Приуралье (Гежское месторождение) и в Березовском газоносном районе в Севером Зауралье – Западная Сибирь (Пуньгинское, Сыскоисыневшское месторождения).

Высокоточные аэромагнитные и наземные съемки широко используются при поисках бокситов (для выделения каменистых разностей, которые более магнитны) и других месторождений полезных ископаемых, изменения магнитных свойств которых находится в пределах первых сотен нТл и даже в парамагнитном диапазоне.

В институте геофизики разработаны методики использования магнитометрических съемок для экологических целей (доктор г.м.н. Н.А. Иванов), прогноза землетрясений (кандидат г.м.н. В.А. Шапиро) и палеомагнитных исследований (кандидат г.м.н. Н.А Свяжина).

Но совершенно уникальны возможности магнитных съемок при геологическом картировании, которые раскрываются, в основном, в результате составления сводных магнитных карт. На этом этапе геофизических исследований мы остановимся ниже.

*Сегаль Сергей Зямович (1953-2001гг), в 1975 году окончил Ордена Трудового Красного Знамени Свердловский горный институт имени В.В. Вахрушева по специальности горный инженер-геофизик. По окончании института уехал работать на Колыму, где трудился до последних дней.