کاربرد ژئوشیمی در اکتشاف معادن

ژئوشیمی چیست؟

ژئوشیمی به علم مطالعه ترکیب شیمیایی واحد های زمین شناسی و فرآیندهایی که منجر به تغییرات شیمیایی در مواد تشکیل دهنده زمین می­شوند، گفته می­شود. ژئوشیمی در اکتشاف معادن نقش بسیار مهمی داشته و به زمین شناسان و مهندسین معدن اجازه می­دهد تا الگوهای توزیع عناصر شیمیایی را در سنگ، خاک، آب و حتی گیاهان بررسی کرده و با تفسیر نتایج این بررسی ها نشانه­‌های وجود ذخایر معدنی را شناسایی کنند. لازم به ذکر است ژئوشیمی در کنار سایر روش­های اکتشافی باید استفاده شود و در واقع نقش مکمل دارد. در این مطلب به بررسی جامع اهمیت ژئوشیمی در اکتشاف معادن می­پردازیم.

1-     شناسایی ناهنجاری­های ژئوشیمیایی

مهم­ترین کاربرد ژئوشیمی در اکتشاف معادن، شناسایی ناهنجاری­های ژئوشیمیایی است. ناهنجاری­های ژئوشیمیایی به تجمع غیرمعمول یک یا چند عنصر خاص در یک منطقه گفته می­شود که می­تواند نشانه ای از وجود یک ذخیره معدنی باشد. این ناهنجاری ها معمولاً در نمونه­های سنگ، خاک، رسوبات آبراهه­ای یا حتی گیاهان قابل تشخیص هستند.

2-     تعیین منشاء ناهنجاری

پس از شناسایی ناهنجاری ها باید منشاء این ناهنجاری مشخص شود. ممکن است ناهنجاری از یک آنومالی و ذخیره معدنی سرچشمه گرفته باشد. معمولاً به دو روش به شناسایی منشاء ناهنجاری­ها می­پردازیم.

الف – عناصر ردیاب : برخی از عناصر مانند مس، سرب، روی، طلا و نقره به عنوان ردیاب عمل می­کنند و وجود­ آنها در نمونه ها می­تواند نشانه­ای از ذخایر معدنی باشد.

ب – نسبت­های ایزوتوپی : استفاده از نسبت­های ایزوتوپی مانند ایزوتوپ­های سرب و استرانسیوم در تشخیص منشاء عناصر و اکتشاف آنومالی­های احتمالی می­تواند مفید باشد.

اساس و مبنای کار ژئوشیمی در گام نخست پیدا کردن ناهنجاری­های ژئوشیمیایی است در واقع اختلاف غلظت ( عیار ) یک عنصر در نمونه های برداشت شده با غلظت همان عنصر در زمینه می­تواند نشان دهنده یک ناهنجاری باشد. به زبان ساده تر غلظت عنصر مورد نظر در کانسار بیشترین مقدار، در زمینه کمترین  مقدار و در ناهنجاری بین این دو متغیر خواهد بود. پیدا کردن ناهنجاری ها کار بسیار پیچیده­ای است و معمولاً با تحلیل های دقیق آماری داده های حاصل از نمونه گیری این ناهنجاری­ها شناسایی می­شوند.

مطلب پیشنهادی: ژئوفیزیک معدن

ژئوشیمی در اکتشاف چه معادنی کاربرد دارد؟

به طور کلی ژئوشیمی در اکتشاف اکثر معادن کاربرد دارد.

-          معادن فلزی : مانند مس، طلا، نقره، روی، سرب و آهن

-          معادن غیرفلزی : مانند فسفات، گوگرد، باریت و فلوریت

-          معادن انرژی : مانند زغالسنگ، اورانیوم و نفت

انواع روش­های ژئوشیمی

معمولاً از چند روش با توجه به شرایط محیطی برای اکتشاف معادن استفاده می­شوند. این روش­ها عبارتند از:

1-     ژئوشیمی خاک : بررسی توزیع و تمرکز عناصر در خاک­های سطحی

2-     ژئوشیمی رسوبات آبراهه­ای : نمونه برداری از رسوبات آبراهه ها و تهیه نقشه­های ژئوشیمیایی

3-     ژئوشیمی گیاهی : استفاده از تجمع عناصر در گیاهان در منطقه مورد اکتشاف

4-     ژئوشیمی گازها : بررسی گازهای موجود در خاک یا جو

بیشترین کاربرد ژئوشیمی در رسوبات آبراهه­ای و ذخایر پلاسری مانند طلا و آهن است از این رو در این مطلب به توضیح ژئوشیمی اکتشافی در رسوبات آبرفتی بسنده می­کنیم.

1-     طراحی شبکه نمونه برداری:

نمونه برداری باید به گونه­ای صورت گیرد که حداکثر یکنواختی در توزیع را داشته باشد. در این مرحله از داده های مختلفی مانند نقشه زمین شناسی منطقه، اطلاعات ژئوفیزیک هوایی، شبکه آبراهه ها، حوزه های زهکشی، نقشه گسل­ها و شکستگی­ها، نقشه آلتراسیون­ها (تغییرات شیمیایی حاصل از فعالیت های ماگمایی یا هیدروترمال) استفاده می­کنیم. توجه شود در نواحی مانند زمین های کشاورزی، محل دفع زباله­ها و ... که ممکن است به دلیل فعالیت های انسانی غلظت یک عنصر افزایش یافته باشد نمونه گیری انجام نمی­دهیم. پس از طراحی شبکه نمونه برداری مختصات این نقاط در اختیار تیم اکتشاف قرار خواهد گرفت.

2-     نمونه برداری:

در این مرحله کارشناسان طبق مختصات دریافتی باید اقدام به نمونه برداری نمایند. اولویت نمونه برداری با آبراهه­های سرشاخه بوده اما در صورت مشاهده کانی سازی و آلتراسیون در آبراهه­های فرعی که در آنها نمونه­ای تعریف نشده است، کارشناس طبق تجربه خود اختیار نمونه برداری از آن نواحی را نیز دارد. بدیهی است مختصات نمونه های برداشت شده خارج از طرح باید به طرح اضافه شود. وزن نمونه ها معمولاً بین 100 تا 300 گرم است.

تصویری از نمونه های برداشت شده در عملیات ژئوشیمی

3-     کد گزاری و ثبت اطلاعات صحرایی:

همزمان با نمونه برداری، برای هر نمونه باید یک کد منحصر به فرد تعریف شده و اطلاعات مربوط به نمونه در جدولی درج شود. این اطلاعات شامل موارد زیر است.

-          اطلاعات کلی : شامل شماره نمونه ، نام پروژه، تاریخ نمونه گیری، نام محل، سیستم مختصات جغرافیایي مورد استفاده، مشخصات نمونه و نام نمونه بردار.

-          ویژگی های محیطی : عمق، وضعیت رطوبت، رنگ و ساختار نمونه ها، وضعیت مورفولوژی و شیب منطقه

-          اطلاعات کانی شناسی و سنگ شناسی : وجود کانی سازی یا آلتراسیون، برجا یا نابرجا بودن نمونه های جمع آوری شده

-          اطلاعات مربوط به آلودگی های احتمالی : در صورت احتمال وجود آلودگی در نمونه ها باید توسط کارشناس قید شود

4-     آماده سازی نمونه ها :

در مرحله نخست با انتخاب ابعاد بهینه رسوبات به وسیله الک در محل نمونه گیری، آماده می­شوند سپس در آزمایشگاه طی مراحل خردایش و نرمایش تا ابعاد مشخصی پودر می­شوند. از نمونه نهایی بخشی جهت تجزیه و آنالیز شیمیایی انتخاب شده و بخشی به بایگانی منتقل می­شود تا در صورت نیاز از آن استفاده شود.

تصویری از آماده سازی نمونه در عملیات صحرایی

5-     تجزیه و آنالیز نمونه ها :

آنالیز نمونه­ها در اکتشاف ژئوشیمیایی بسیار حائز اهمیت است به شکلی که موفقیت یا عدم موفقیت یک پروژه اکتشافی کاملاً بستگی به نتایج همین آنالیزها دارد. جهت انتخاب روش آنالیز باید به عوامل مختلفی توجه شود که در ادامه مهمترین این عوامل را نام برده­ایم.

-          مقیاس عملیات اکتشاف : چنانچه تعداد نمونه­ها زیاد باشد استفاده از آنالیزهای ICP-MS  ، ICP-OES و XRF پیشنهاد می­شود.

-          ماهیت نمونه و عناصر مورد نظر : روش آنالیز بر اساس ماهیت نمونه و عناصر مورد نظر انتخاب می­شود. به عنوان مثال سنجش میزان عناصری نظیر Mn، Fe، Mg، Ka، K، یا عناصر گروه پلاتین پیشنهاد می­گردد از روشهایی مانند WMA Wamtech Technique استفاده شود.

-          حد تشخیص اندازه گیری عناصر : انتخاب روش آنالیز ارتباط مستقیمی با حداقل و حداکثر عیار قابل اندازه گیری در آن روش دارد. چنانچه هدف سنجش عیار اقتصادی یک نمونه باشد حد بالای اندازه گیری و در صورتیکه هدف شناسایی پتانسیل عناصر در محدوده اکتشافی باشد، حد پایین اندازه گیری مورد نیاز است.

تصویری از نتایج آنالیز ژئوشیمیایی عناصر تانتالیوم و زیرکونیم در یک سازند گرانیتی

6-     پردازش داده ها و تفسیر نتایج :

در مرحله پردازش معمولاً اطلاعات خام شامل نتایج آنالیزها پس از پردازش اولیه و نرمال سازی، درقالب پارامترهای آماری مانند میانگین، میانه، انحراف از معیار، چولگی، کشیدگی، مینیمم و ماکزیمم به کمک نرم افزارهایی مانند spss بررسی شده و نتایج خروجی جهت تفسیر و تحلیل نهایی و تهیه گزارش نهایی به متخصصین ارائه می­گردد.

تصویری از یک دستگاه رومیزی آنالیز به روش XRF (X-ray fluorescence)

نتیجه گیری

ژئوشیمی به عنوان یکی از مراحل اصلی عملیات اکتشاف معادن همواره باید مورد توجه ویژه قرار گرفته و اجرای آن با رعایت تمام اصول فنی و مهندسی صورت گیرد تا نتایج حاصله قابل اعتماد و راستی آزمایی باشد. امروزه با رشد و پیشرفت تکنولوژی روش های آنالیز مواد معدنی دقیق تر شده و از طرفی با کمک هوش مصنوعی پردازش و تفسیر داده­ها با دقت بسیار زیادی در مدت زمان بسیار کوتاهی انجام می­شود. در حال حاضر بسیاری از ذخایر اقتصادی مانند طلا، لیتیوم و آهن پلاسری در سرتاسر جهان به کمک ژئوشیمی کشف شده­اند و پیش بینی می­گردد اکتشاف اینگونه ذخایر در آینده نیز رو به افزایش باشد.

شما می­توانید جهت مشاوره رایگان و کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما با شماره 03591090535 در تماس باشید.