روش‌های عمده اکتشاف مس

اکتشاف یا جستجو جهت کانسار و بررسی های تفضیلی بعدی، جهت امکان سنجی یک پتانسیل معدنی ضروری است. روشهای اکتشاف زمین شناسی، ژئوشیمیایی و ژئو بوتانی فراوانی وجود دارند، اما همه این روشها پیچیده و پرهزینه می باشند. اغلب، فاکتورهای سیاسی و قانونی از عوامل تکنیکی سرنوشت سازتر می باشد. عیار متوسط مس یک فاکتور اساسی است. در سال 1900 عیار اقتصادی مس 5 درصد بود، در حالیکه امروزه، این میزان تقریباً 1 درصد است، به عبارت دیگر 200 برابر متوسط پوسته زمین. کانسارهای عیار بالای مس ( بیشتر از 6% ) روبه اتمام هستند.
به دلایل اقتصادی، معدنکاری مدرن مس باید با ظرفیت بالا انجام شود که به معنی مکانیزاسیون گسترده است. هزینه بالای معدنکاری و فراوانی تا دو سوم قیمت نهایی مس را موجب می شود.

روشهای متفاوت معدنکاری کانه های مس شامل موارد زیر است:

-معدنکاری روباز (سطحی)

-معدنکاری زیرزمینی (عمیق)

-لیچینگ درجا (معدنکاری انحلالی)

-معدنکاری اقیانوسی

در حال حاضر، بیشتر مس از معادن روباز و بخصوص پورفیری ها تأمین می شود. نخستین معدن روباز در سنگهای کانیون یوتا در آغاز این قرن گشایش یافت، معادن روباز بزرگ دیگری در چوکی کوماتا (شیلی) و توکی بالا (پرو) یافت می شوند. در معدنکاری روباز مقرون به صرفه به یک کانسنگ بزرگ نزدیک به سطح زمین با حداقل عیار 5/0% مس ( و در برخی موارد تا 3/0% ) به شکل سولفیدی جهت فراوری های بعدی، احتیاج است.
معدنکاری زیرزمینی، هزاران سال قدمت دارد. در چند دهه اخیر، معدنکاری روباز موجب شده است که معدنکاری زیرزمینی جهت مس، غیر اقتصادی محسوب گردد. در کانسارهای عمیق با ذخیره خوب از روشهای جدید. همچون open stoping یا block caving استفاده می شود. میزان مس در اینگونه معادن باید بیشتر از 1 درصد باشد.

روشهای جدید اکتشاف، برخلاف روشهای گذشته، پیچیده و پرهزینه هستند. از لحاظ تاریخی، ذخایر پرعیار و نزدیک سطح زمین ابتدا کشف گردید. همچنین در ناحیه‌هائی که قبلاً مورد اکتشاف واقع نگردیده بود کشف ذخایر جدید نزدیک سطح زمین، به سادگی امکان‌پذیر شد. در اوایل عمل اکتشاف توسط یک فرد و با آموزش فنی بسیار کم انجام می‌شد. از آنجایی که تاکنون جهت یافتن ذخایر واقع در نزدیکی سطح زمین اغلب نقاط کره زمین مورد آزمایش و بررسی واقع گردیده است بنابراین جهت کشف ذخایر زیرزمینی، شیوه‌ها و روشهای جدیدی ابداع می‌شود می‌باشد توجه داشت که کشف هر معدن جدید همواره مشکل‌تر و پرهزینه‌تر می‌گردد چرا که میزان ذخایر کشف نشده واقع در نزدیکی سطح زمین رو به کاهش گذاشته است.
فعالیتهای اکتشافی جدید شامل عملیات زمین‌شناسی، ژئوشیمی، ژئوفیزیک، نمونه‌برداری، آنالیز آزمایشگاهی، بررسیهای اقتصادی، ارزیابی امکانات حمل و نقل، میزان آب، انرژی و … است. قبل از شروع عملیات استخراج از یک معدن خاص، می‌باید. از بررسیهای فوق الذکر نتایج مطلوبی عاید شده باشد.
عملیات زمین‌شناسی از جمله اقدامات عمده جهت کشف یک معدن جدید بشمار می‌رود. همچنین پی‌بردن به خصوصیات فیزیکی و شیمیائی یک معدن نیز امری لازم و ضروری است. از طریق بررسیهای ژئوشیمی و مطالعه سیستماتیک ویژگیهای شیمیائی یک کانی می‌توان به خصوصیات غیرعادی یک معدن پی برد یک ویژگی شیمیائی که اغلب مورد بررسی قرار می‌گیرد درجه خلوص یک عنصر و یا گروهی از عناصر است که در صخره‌ها، خاک و یا در اعماق اقیانوسها، بستر دریاچه‌ و … یافت می‌شود.

در تحقیقات ژئوفیزیک نیز از اصول علم فیزیک برای یافتن آندسته از ذخایر معدنی استفاده می‌شود که در زیر سطح زمین قرار گرفته‌اند. در اغلب بررسیهای ژئوفیزیک از دستگاههای الکترونیکی پیچیده‌ای استفاده می‌شودکه می‌توانند درباره پاره‌ای از خصوصیات فیزیکی از قبیل میزان جاذبه، میزان هدایت جریان برق، میزان هدایت گرما، شدت حوزه مغناطیسی، سرعت ارتعاش و اطلاعاتی در دسترس قرار دهند. برای این منظور، خواه بصورت انفرادی و خواه بصورت جمعی از شیوه‌هائی استفاده می‌گردد. که عبارتند از روشهای جاذبه‌ای، مغناطیس، الکتریکی، الکترومغناطیسی، ارتعاشی و رادیو اکتیوته‌ای برای اندازه‌گیری پارامترهای مذکور می‌توان از هواپیما استفاده نمود. و یا از طریق سطح زمین و یا به کمک حفر چاله‌های مخصوص، مبادرت به این عمل کرد.

درسالیان اخیر با استفاده از هواپیما و یا ماهواره این امکان فراهم آمده است که بخش اعظم ذخایری که ساختار پیچیده‌ای داشته و به آسانی قابل تشخیص و رویت نیستند مورد اکتشاف قرار گیرد.

بطورکلی استراتژی اکتشاف در محدوده‌های مس پورفیری استفاده از روش‌های مستقیم و غیرمستقیم اکتشافی است، که از عملیات پی‌جوئی شروع و به تخمین ذخیره منجر می‌گردد. انتخاب روش و نحوه عملیات به تبعیت از شرایط اقلیمی، میزان پوشش، وضعیت ژئومورفولوژی، رژیم هیدروژئولوژی و مشخصات شناخته شده از شکل و نحوه کانی‌سازی می‌باشد.

ازنظر طبقه‌بندی براساس نظر کوژورت و بوهمر KUZVERT & BOHMER (1986) چنانچه کانی‌سازی از نوع نامنظم و دارای شکل نسبتاً درهم باشد. براساس تجارب بدست آمده نسبت کارآیی روش حفاری به اکتشاف از طریق معدنکاری حدود یک به 5/3 تا 4/5 می‌باشد. یعنی اکتشاف معدنی 5/3 تا 4/5 مرتبه بیشتر از روش حفاری معمولی مؤثر است.

دراین سیستم اکتشافی تونل‌های دستک‌دار، چاه اکتشافی و گزنک در جهات مختلف حدود 60 تا 87 درصد کارایی دارد، حال آنکه حفاری مغزه‌گیری فقط حدود 20 درصد کارایی می‌تواند داشته باشد.

درصورت عدم پوشش و وجود رخنمون سنگ میزبان و زون‌های مینرالیزه تلفیق اکتشاف مستقیم یعنی پیمایش و معاینه رخنمون‌ها و اکتشاف غیرمستقیم یعنی لیتوژئوشیمی می‌تواند بسیار مؤثر واقع شود و بدین ترتیب پیمایش پروفیلی و نمونه‌برداری متالومتری از جمله روشهای مؤثر برای چنین محدوده‌های می‌باشد.

تمرکز نمونه‌برداری براساس کوژورت و بوهمر (1986) و گریگوریان (1975) در مقیاس‌های عملیاتی مختلف بشرح جدول شماره 16 می‌باشد.
تمرکز نمونه‌برداری در مقیاس مختلف عملیاتی
به منظور پرهیز از گران بودن هزینه عملیات مندرج درجدول فوق الذکر بویژه هزینه‌های نمونه‌برداری و آزمایش درسالهای اخیر از طریق کاهش عملیات نمونه‌برداری و آزمایشات آن از روش آماری و اکتشافات چکشی اقدام به عملیات اکتشافی می‌نمایند.
درصورت سولفوره بودن کانسنگ از روش الکتریکی (مقاومت‌سنجی و IP) عملیات ژئوفیزیکی را درمنطقه انجام می‌دهند مراحل مختلف اکتشافی در این نوع کانسارها بصورت زیر انجام خواهد شد.

الف ـ مرحله اکتشاف منطقه‌ای

دراین مرحله از عملیات که در مقیاس 1:20000 صورت خواهد گرفت. مطالعات ذیل انجام می‌شود تا تصویر مشخص و معینی از گستره‌ کانی‌سازی و محدوده‌هایی مناسب اکتشاف بدست آید.

1)تهیه نقشه زمین‌شناسی با مقیاس 1:20000 با استفاده از عکسهای هوائی و برمبنای نقشه توپوگرافی با مقیاس 1:50000 2)مطالعات زمین‌شناسی با توجه دقیق به سنگ‌شناسی، آلتراسیون، زمین‌ساخت و کانی‌سازی و تعیین رابطه آنها با تمرکز مواد معدنی. 3)انجام عملیات لیتوژئوشیمی به فواصل پروفیلی 1000 متر (برای یک محدوده 40 کیلومتر مربعی 40 خط) و نمونه‌برداری به فاصله 100 متر روی پروفیل 4)آنالیز نمونه‌های ژئوشیمی برای عناصر مختلف به ویژه Cu,As,Pb,Zn,Co,Ba و تهیه نقشه ژئوشیمیایی و تعیین هاله‌های ژئوشیمیایی و زون‌های مینرالیزه 5)مطالعه پتروگرافی، کانی‌شناسی، مقطع صیقلی حداقل روی 50 نمونه برای سطح 40 کیلومتر مربعی 6)آنالیز کامل حدود 20 نمونه برای فلزات پایه و اکسیدهای اصلی برای تعیین مشخصات پترولوژی، آلتراسیون و روابط کانی‌سازی با آنها 7)انجام عملیات مهندسی اکتشاف شامل حفر ترانشه، تونل و چاه اکتشافی حدود 1000 مترمکعب و نمونه‌برداری از آثار و موادمعدنی و وضعیت سنگهای دیواره حدود 100 نمونه برای عیارسنجی و 10 نمونه‌ برای پترولوژی و آلتراسیون 8)برداشت زمین‌شناسی و معدنی ترانشه‌ها، تونل‌ها و چاه‌های اکتشافی در مقیاس مناسب 9)جمع‌آوری، تجزیه و تحلیل کلیه اطلاعات بدست آمده و تعیین مناطق اولویت‌‌دار جهت انجام عملیات اکتشافی بعدی

ب) اکتشاف مقدماتی

دراین مرحله، اکتشاف مقدماتی، درمقیاس 1:1000 و 1:5000 صورت خواهد گرفت که معمولاً در محدوده‌ای به وسعت حدود 10 کیلومتر مربع انجام می‌گردد. عملیات اکتشاف براساس استراتژی تعیین شده مرکب از زمین‌شناسی صحرائی، تهیه نقشه‌های زمین‌شناسی و تکنونیکی، لیتوژئوشیمی و عملیات مهندسی اکتشاف خواهد بود که در ذیل خلاصه شده است.

ج) اکتشاف تفصیلی

دراین مرحله از عملیات پیش‌بینی شده گستره عمقی ماده معدنی به شکل توده معدنی، تناژ و عیار آن معین خواهد شد. مبنای اجرایی عملیات از مقیاس 1:1000 تا 1:200 روی رگه‌ها و محدوده‌هایی خواهد بود که مساحت کلی آن حدود 200 هکتار پیش‌بینی شده است. این مرحله از عملیات شامل زمین‌شناسی، معدنی سطح‌الارضی، تحت‌الارضی، ژئوفیزیک، حفاری با مغزه‌گیری، نمونه‌برداری عیارسنجی می‌باشد که به صورت ذیل خلاصه شده است.

تهیه نقشه توپوگرافی 1:1000 و 1:200 از محدوده 200 هکتار

1)تهیه نقشه توپوگرافی 1:5000 و یا 1:10000 از محدوده مورد مطالعه بعنوان نقشه مبنا برای عملیات زمین‌شناسی و اکتشافی 2)تهیه نقشه زمین‌شناسی که دربرگیرنده ویژگیهای زمین‌شناسی، نوع و رخساره سنگهای ماگمایی، انواع آلتراسیون، وضعیت تکتونیکی و مدل زمین‌ ساختی نواحی مینرالیزه با مقیاس 1:500 و 1:10000 3)تهیه نقشه ژئوشیمیایی در فواصل 200 متری در مجموع 50 خط کیلومتر و نمونه‌برداری 50 متری حدود 800 نمونه 4)آنالیز نمونه برای عناصر Cu,As,Pb,Co,Ni روی 800 نمونه 5)کانی‌شناسی و تعیین آلتراسیون براساس آنالیز حدود 20 نمونه از نظر اکسیدهای اصلی و عناصر فلزی و کمیاب 6)انجام عملیات مهندسی اکتشاف روی رگه‌ها و آثار معدنی برای شناخت شکل هندسی کانی‌سازی حدود 1000 مترمکعب 7)برداشت زمین‌شناسی و معدنی عملیات مهندسی اکتشاف و نمونه‌برداری از افق‌ها و رگه‌های مینرالیزه و سنگهای مجاور و آنالیز نمونه‌های مختلف برای فلزات پایه و نوع آلتراسیون 8)جمع‌آوری داده‌ها، تهیه نقشه‌های مربوطه، تجزیه و تحلیل زمین آماری داده‌های ژئوشیمی، تلفیق کلیه داده‌ها و تعیین زون‌های مینرالیزه و تهیه گزارش ذیربط آن. 1)تهیه نقشه زمین‌شناسی ـ معدنی در محدوده 200 هکتار در مقیاس 1:1000 تا 1:200 و پیاده کرده کلیه داده‌ها و آثار کانی‌سازی در روی آنها. 2)انجام مطالعه ژئوفیزیکی الکتریکی (IP و مقاومت‌سنجی) در محدوده 200 هکتار 3)تلفیق کلیه داده‌ها و تعیین محل حفاری‌های شناسایی برای تعیین ذخیره و حفر حدود 3000 تا 5000 متر چاه با روش مغزه‌گیری 4)برداشت نمونه از مغزه‌های حفاری شده به تعداد حدود 500 نمونه، ترسیم ستون چینه‌شناسی ـ زمین‌شناسی و آنالیزه نمونه‌ها 5)تعیین مقاطع زمین‌شناسی تحت‌الارضی، توزیع ماده معدنی در عمق و مشخص‌کردن شکل ماده معدنی برحسب توزیع عیار و مشخصات تکتونیکی 6)تخمین ذخیره و تعیین عیار و مقدار عیارهای مختلف به روش معمولی و زمین‌آماری 7)تکمیل آزمایشات کانه‌آرایی در مقیاس آزمایشگاهی و تهیه گزارش آن به منظور توجیه ادامه عملیات 8)تکمیل اطلاعات عمقی از طریق حفاری‌ها و برداشت‌های مختلف و تعیین محل نمونه نماینده 9)نمونه‌برداری از محل نمونه نماینده انجام آزمایشات کانه‌آرایی در مقیاس نیمه صنعتی 10)مطالعه زمین‌شناسی مهندسی برای طراحی معدن و تعیین روش استخراج 11)تهیه گزارش نهایی