روش ها و تکنیک های اکتشاف معدن

با توجه به کشف و شناسایی معادن زیادی در چند دهه گذشته در سطح جهان، کشف ذخایر جدید به‌خصوص در مناطقی که تحت پوشش فعالیت‌های اکتشافی در گذشته بوده‌اند دشوار و دشوارتر می‌شود و هر چه زمان می‌گذرد با کشف شدن معادنی که شواهد و نشانه‌های بیشتری را بروز داده‌اند کاوشگر معدنی به ناچار به‌سوی کشف معادنی باید باشد که از دید تیز بین گذشتگان مخفی مانده‌اند و معمولا آثار عمده‌ای در سطح زمین از خود به‌جا نگذاشته‌اند. از دیگر سو، علم اکتشاف موادمعدنی نیز به‌صورت یک علم پویا در حال تکوین و تکامل است و با به‌کارگیری فناوری‌های نو به‌سوی یافتن روش‌های نوین و یا پویاتر کردن روش‌های اکتشافی شناخته شده گام برمی‌دارد.

 لذا آشنایی با روش‌های نوین اکتشاف از جمله ضروریات است در چنین شرایطی عدم به‌کارگیری نیروهای کارآمد و مدیریت با تجربه و آشنا با تکنولوژی‌های روز در حیطه اکتشاف مواد معدنی سبب هدر رفتن سرمایه‌های ملی، از دست دادن زمان جهت دستیابی به معادن جدید و در نتیجه سد کردن توسعه اقتصادی در دید کلان آن می‌شود.

در این نوشته گذری کوتاه به آخرین تکنیک‌های اکتشافی که در چند سال اخیر در سطح جهان مطرح گشته‌اند خواهیم داشت هرچند به‌منظور اجتناب از طولانی شدن این نوشته، به ناچار بخشی از مطالب را حذف کرده‌ایم که امید است در فرصت دیگری مطالب مذکور ارائه شود. بدیهی است شرح کامل هر یک از تکنیک‌های معرفی شده در چارچوب این نوشته نمی‌گنجد و هدف بیشتر مطرح کردن آنها بوده تا انشاءالله در پروژه‌های اکتشافی مورد استفاده قرار گیرند. در نوشته حاضر به تکنیک‌های جدید در هر مرحله از مطالعات اکتشافی اشاره می‌شود.

شیوه‌های گوناگونی در اکتشاف وجود دارد. هر روش با فناوری خاصی صورت می‌گیرد که در زیر به اختصار تعدادی از آنها را معرفی خواهیم کرد:

 

1- اکتشاف ساده

این نوع اکتشاف، بدون فناوری خاصی صورت می‌‌گیرد و به شکل‌های زیر انجام می‌‌گیرد:

الف) اکتشاف تصادفی

اکتشاف معدنی، همیشه یک علم نبوده است. بسیاری از کانسارهای خوب، توسط کاوشگرانی پیدا شده که زمین‌شناس و یا معدن‌شناس نبوده‌اند. معدن سنگ آهن سنگان توسط یک کارگر معدنی کشف شده است. بسیاری از کانسارهای فلزی و غیرفلزی، برای نخستین بار توسط چوپانان معرفی شده‌اند و بعد مورد اکتشاف علمی قرار گرفته‌اند. شاید هیچ کشوری مانند ایران را نتوان سراغ داشت که اکتشاف ساده آن قدر سودمند واقع شده باشد.

زیبایی‌ها و ویژگی‌های فیزیکی خاص کانی‌ها، آنها را از دیگر سنگ‌ها متمایز می‌‌سازد و این خود در اکتشاف ساده و تصادفی تاکنون بسیار سودمند واقع شده است. البته زیبایی‌های کانی‌ها در معدنکاری، فریبنده نیز هست. شاید به همین خاطر، پیریت، طلای ابلهان لقب گرفته است.

ب) اکتشاف شدادی

اصطلاح شدادی برای معدنکاری و معادن قدیمی رها شده در ایران به کار می‌‌رود. معادن شدادی دارای ویژگی‌های زیر است:

• در معدنکاری و معدن جویی، از دانش غربی بهره گرفته نشده و تمام دانش معدنکاری و معدن جویی، توسط ایرانیان انجام گرفته است.
• در معدنکاری، از هیچ گونه مواد انفجاری و ماشین آلات که دارای نیروی محرکه بوده است، استفاده نمی‌شد.
• به طور عمده، این نوع معدنکاری به پیش از دوره عباس میرزا باز می‌گردد.
• کانسارهای بزرگ طلای ایران، همان‌هایی هستند که صدها و هزاران سال پیش، برای نیاکان ما شناخته شده بودند و آثار معدنکاری در کنار آنها وجود دارد.

جای شگفتی است که تاکنون، کمتر کانسار فلزی شناخته‌ایم که جای پای گذشتگانمان را در آنجا ندیده باشیم. محله‌ای در مسجد سلیمان پیش از حفاری کشف نفت در آنجا، نفتون نام داشت. معدن زرشوران پیش از اینکه به عنوان طلا معرفی شود، هزاران سالیش به خاطر زر (طلا) در آن منطقه، زه شوران نام گرفت. از این نام‌ها بسیار است از جمله: کوه زر دامغان، که اکنون اکتشاف طلا در آنجا مراحل تکمیلی را پشت سر می‌‌گذارد، زرین در منطقه اردکان یزد و …

 

 

2- اکتشاف چکشی

این نوع اکتشافات توسط زمین‌شناسی و معدن‌شناسان انجام می‌‌گیرد. در این روش مناطق مختلف با آگاهی‌های علمی و انتخاب آگاهانه با پیگردی جهت دار صورت می‌‌گیرد. در چند سال گذشته، این روش، نتایج خوبی نیز به همراه داشته است، مانند پیدا شدن افق‌های فسفات در بسیاری از مناطق ایران، افق‌های نسوز در ایران مرکزی و البرز و افق‌های استرونسیم‌دار در زاگرس و … اکتشافات ساده، از آن که کمترین هزینه اکتشاف را دربر دارد، به آگاهی، درجه هوش، مهارت زمین شناسان و به خصوص به تاریخ معدنکاری یک ملت بر می‌‌گردد و می‌‌توان گفت که ایران در این نوع اکتشاف، دارای جایگاه نخست است و کمتر کشوری را می‌‌توان سراغ داشت که به پای آن برسد.

 

3- اکتشاف زمین شناختی

ذخایر معدنی در محیط زمین‌شناسی خاص تشکیل می‌‌گردند و یا به بیان بهتر، ذخایر معدنی قانونمند هستند. پیدایش یک ذخیره خاص، شواهدی دارد که قابل مقایسه با مناطق دیگر است. زمین شناسان با مطالعه کانسارهای کشف شده، اطلاعاتی به دست می‌‌آورند و در نقاط دیگر به جستجوی آن می‌‌پردازند. امروزه این روش اکتشاف، پایه اکتشافات جدید است.

اکتشاف آگاهانه، علمی است که ابتدا بررسی می‌‌کند که یک منطقه میتواند چه ذخایری را دارا باشد و اگر از نظر زمین شناسی، یک منطقه سودمند واقع شد، آن گاه اکتشاف دقیق‌تر و البته پرهزینه، پیشنهاد و شروع می‌‌شود این مسئله، در کشور ما از نظر نفت و گاز جایگاه خوبی دارد. به طور کلی، مناطقی که می‌‌توانند نفت و گاز داشته باشند، به ویژه در زاگرس، مشخص است، هرچند هنوز برای البرز و ایران مرکزی در زمینه اکتشاف نفت و گاز به اطلاعات بیشتری نیاز داریم.

در این راستا، در مورد اکتشافات مواد معدنی تا جایگاه خود بسیار فاصله داریم. ایالت‌های معدنی در اغلب کشورهای پیشرفته مشخص شده و نقشه‌های فلززایی آنها تهیه گردیده است. ما فقط در منطقه انارک و تا حدودی منطقه کرمان، نقشه‌های فلززایی داریم. تهیه نقشه‌های فلززایی هرچند به فناوری بالایی نیاز ندارد، ولی نیروی انسانی متخصص و کارآزموده‌ای نیاز دارد که کشور ما در آغاز این راه است.

 

4- اکتشاف بر مبنای مطالعات ماهواره‌ای

داده‌های حاصل از ماهواره‌ها در تشخیص برخی کانی‌ها، زون‌های آلتراسیون، ساختمان‌های زمین‌شناسی و تکتونیکی، استفاده در توپوگرافی، تشخیص تقریبی نوع سنگ کاربرد دارند. ماهواره‌های Landsat, Aster, JERS-1 از آن جمله‌اند که مجهز به سنسورهای جذب امواج EM در دامنه طول موجی مرئی تا مادون قرمز (4 تا 15 باند) هستند. در چند سال اخیر به‌منظور افزایش قدرت تفکیک امواج و شناسایی دقیق‌تر انواع کانی‌ها سنسورهای Hyperspectral که قادر به تفکیک 220 باند هستند ابداع شده‌اند.

ین سنسورها برای اولین‌بار در سال 2000 در ماهواره 1-OE به‌کار گرفته شدند و حدود 20 کانی را با استفاده از داده‌های ‌هایپرین می‌توان تشخیص داد و بدین ترتیب می‌توان اطلاعات با ارزشی جهت شناسایی نواحی مستعد معدنی با استفاده از این داده‌ها کسب کرد، علاوه بر به‌کارگیری ماهواره، ثبت داده‌های حاصل از انعکاس امواج EM از طریق اسکنرهای Hyperion با نصب سنسورهای مذکور در هواپیما نیز انجام می‌یابد (Airborne Hyperspectral) در این روش اسکنر درهر روز حدود 6‌5 گیگابایت داده را جمع‌آوری می‌کند و در هر روز می‌توان حدود 3500 کیلومتر مربع از سطح زمین را برداشت کرد. بنابراین در مدت کوتاهی منطقه وسیعی را می‌توان زیر پوشش قرار داد که این امر باعث شناسایی اولیه نواحی مستعد معدنی در زمان کوتاه می‌شود و انواع زون‌های آلتراسیون و زون‌های اکسیدی آهن (هماتیتی، گوتیتی، ژاروسیتی) با این روش قابل تفکیک هستند.

با استفاده از سنسورهای SAR(Polarimetric (Synthetic Aparture Radar که امواج مایکروویو را فرستاده و انعکاس آنها را از زمین دریافت می‌‌کند (سنسورهای نوع Active) امکان تشخیص انواع سنگ‌ها وجود دارد، امواج مذکور از ابرها و گیاهان هم عبور می‌‌کنند و بنابراین در مناطق با پوشش ابری گسترده و جنگلی کاربرد بیشتری دارند. ضمنا با استفاده از امواج (TIR (Thermal Infrared نیز که توسط ماهواره‌های Aster و Hyperion نیز ثبت می‌‌شوند با تشخیص میزان سیلیس در سنگ‌ها تا حدودی نوع سنگ‌ها قابل تفکیک است.

بدیهی است این تکنولوژی در تهیه نقشه‌های زمین‌شناسی به‌خصوص در مناطق صعب‌العبور و کوهستانی کاربرد دارد. ضمنا با استفاده از سنسورهای SAR مناطق تکتونیکی که ممکن است جایگاه ذخایر معدنی باشند نیز به خوبی شناسایی می‌شوند. از امواج TIR علاوه بر تشخیص سنگ‌ها، در اندازه‌گیری گرادیان حرارتی زمین نیز استفاده می‌شود که جهت شناسایی مناطق ژئوترمالی و ذخایر سطحی سولفوره (حرارت محیط بر اثر اکسیداسیون سولفورها افزایش می‌یابد) کاربرد دارند. تکنولوژی مطالعات ماهواره‌ای به سرعت در حال پیشرفت است و کارآیی نرم‌افزارهای مربوطه در تجزیه و تحلیل داده‌ها نیز در حال افزایش است.

 

5- اکتشاف ژئوشیمیایی

اکتشافات ژئوشیمیایی بر پایه این واقعیت استوار است که طبیعت، همانطور که مواد را به وجود می‌‌آورد، آنها را از بین می‌‌برد. در این راستا، فرآیندهای هوازدگی در سطح زمین، موجب پراکنده شدن عناصر سازنده ذخایر معدنی در آب‌ها، خاک‌ها، گیاهان و هوای اطراف شده و هاله‌های ژئوشیمیایی به نام بی هنجاری‌های ژئوشیمیایی را به وجود می‌‌آورد.

در بررسی‌های ژئوشیمیایی میدان‌های نفت و گاز، از نشت صعودی گازهایی مانند متان و اتان نیز استفاده می‌‌شود. واپاشی هسته‌ای اورانیم، تولید هلیم و رادون می‌‌کند که می‌‌تواند از خلل و فرج خاک، به سمت بالا حرکت کند.

بررسی‌های ژئوشیمیایی در کشورهای پیشرفته و شرکت‌های معدنی بزرگ دنیا، به طور جدی دنبال می‌‌شود و تا کنون نتایج خوبی را هم داشته است. این بررسی‌ها در کشورهای کمتر توسعه یافته به وسیله سازمان ملل متحد برای تشویق اکتشافات معدنی به کار گرفته شده است.

در ایران اکتشافات ژئوشیمیایی توسط سازمان ژئوشیمیایی به صورت تهیه نقشه‌های 1:100000 ژئوشیمیایی صورت می‌‌گیرد که تاکنون حدود 30 درصد از کل کشور را پوشش داده است (همچنین اکتشافات ژئوشیمیایی به طور موضعی توسط اداره‌های کل صنایع و معادن در استان‌ها انجام می‌‌شود).

 

عوامل مهم در اکتشافات ژئوشیمیایی شامل نمونه‌برداری دقیق، درستی و دقت دستگاه‌های اندازه‌گیری، و تجزیه و تحلیل داده‌ها است. به طور کلی این روش به فناوری بالایی نیاز ندارد.

در کشور ما در بسیاری از سازمان‌های دولتی چنین دستگاه‌هایی موجود است، اما از آنها استفاده بهینه نمی‌شود. هرچند کارشناسان با تجربه و مستعد در سازمان زمین‌شناسی کشور و شرکت‌های معدنی وجود دارد، اما یکی از مشکلات اکتشافات ژئوشیمیایی در کشور، این است که اندازه‌گیری عناصر طلا، جیوه، آرسنیک، عناصر خاکی کمیاب و گروه پلاتین در کشور برای متخصصان از صحت و دقت کافی برخوردار نیست. حال به معرفی تعدادی از روش‌های نوین ژئوشیمیایی می‌پردازیم.

 

الف) روش Enzyme Leach

برخی از عناصری که از ذخیره معدنی موجود در عمق زمین وارد پوشش خاک سطحی می‌شوند جذب اکسیدهای منگنز موجود در خاک شده و در آن فاز قرار می‌گیرند. در این روش با استفاده از واکنش آنزیمی، اکسیدهای منگنز در نمونه خاک را به‌صورت Selective جدا می‌کنند و عناصر وجود در آن که عمدتا فلزات پایه و قیمتی هستند اندازه‌‌‌گیری می‌شود. این روش برای اکتشافات ژئوشیمیایی طلا، فلزات پایه و همچنین کیمبرلیت‌های الماس‌دار کاربرد دارد. با استفاده از این روش تاکنون چندین معدن طلا در سطح جهان کشف شده و از جمله متدهای مطمئن در اکتشافات ژئوشیمیایی طلا است.

 

ب) روش Mobile Metal Ion Extraction – MMI

در این روش یون‌های فلزی موجود در خاک سطحی را جدا می‌کنند، در صورت وجود ذخایر معدنی فلزی در عمق زمین، یون‌های عناصر به سمت بالا حرکت کرده و با پیوند ضعیفی در خاک‌های سطحی تمرکز می‌یابند. در این روش یون‌های فلزاتی نظیر Ag, Ni, Zn, Pb, Cu, Au را با به‌کارگیری حلال‌های شیمیایی متفاوت از نمونه خاک استحصال کرده و محلول حاصله را با روش ICP آنالیز می‌کنند.

این روش در اکتشاف عناصر نادر خاکی (REE) نیز ثمر بخش بوده است. در سال‌های اخیر چندین معدن طلا و مس با روش MMI کشف شده است. از سوی دیگر یون‌های عناصر گاهی در فاز گازی با جدا شدن از ذخایر مدفون در عمق زمین به سمت بالا حرکت کرده و در پوشش خاک سطحی و یا در هوای نزدیک سطح زمین تمرکز می‌یابند بر همین اساس، گازهای موجود در خاک و یا هوای سطحی را جهت پی بردن به وجود ذخایر در عمق نمونه‌گیری و آنالیز می‌کنند. این نوع نمونه‌گیری در اکتشاف ذخایر نفت و گاز از دیرباز کاربرد خوبی داشته است و استفاده از آن در اکتشاف ذخایر فلزی نیز در حال گسترش است.

 

ج) روش ژئوشیمی آب (Aqueous Geochemistry)

نمونه‌برداری از آب‌های عمقی (آب زیرزمینی) و سطحی در اکتشاف منابع معدنی و ردیابی ذخایر معدنی همواره مطرح بوده است. در سال‌های اخیر با ورود دستگاه‌ها و تکنیک‌های جدید آنالیز مانند ICP-MS که مقادیر بسیار جزیی عناصر را نیز اندازه‌گیری می‌کند، اکتشافات ژئوشیمیایی آب در حال گسترش است. از این روش به‌خصوص در مناطق مستعد معدنی که چاه‌های آب کشاورزی حفر شده‌اند در اکتشاف ذخایر معدنی می‌توان استفاده کرد.

 

6- اکتشاف ژئوفیزیکی

در اکتشافات ژئوفیزیکی کانسارها، خواص فیزیکی سنگ‌ها مانند: شدت میدان مغناطیسی، رسانایی الکتریکی، پرتوزایی و سرعت امواج لرزه‌ای (ضربه‌ای) عبور کننده از آنها، اندازه‌گیری می‌‌شود. اگر چه بیشتر این اندازه‌گیری‌ها، فقط ماهیت عمومی سنگ‌ها را بازتاب می‌‌کنند ولی برخی از آنها در حقیقت می‌‌تواند وجود عنصر و یا کانی مورد جستجو را آشکار سازند. در برنامه‌های اکتشافی نفت و فلزها، معمولاً از روش‌های گوناگون اکتشافات ژئوفیزیکی بهره می‌‌جویند، چرا که ذخایر خواص متفاوتی داشته و ویژگی‌های سنگ میزبان آنها نیز با هم فرق می‌‌کند.

روش‌های اصلی ژئوفیزیکی در اکتشاف مواد فلزی، عبارت است: از روش‌های پرتوسنجی، الکتریکی، مغناطیس، گرانی سنجی و …

 

اکتشافات ژئوفیزیکی در موقعیت‌های مطلوب اندازه‌گیری‌هایی که در سطح زمین انجام می‌‌گیرد، می‌‌تواند وجود توده‌های معدنی فلزی را در ژرفای یک صدمتری و بیشتر را مشخص کند. می‌‌توان با استفاده از این نوع اندازه‌گیری‌ها، از میان رسوبات جوان‌تری که سنگ‌های کانی‌دار را پوشانده است، به مطالعه ذخایر زیرزمینی پرداخت. این توانایی در نواحی گسترده‌ای از کانادا و شمال اروپا که شن و ماسه یخچالی پلیستوسن قسم اعظم سنگ میزبان دارای مواد معدنی را می‌‌پوشاند، کاربرد گسترده‌ای دارد.

همان‌طور که می‌دانیم ژئوفیزیک اکتشافی شامل پنج روش اصلی الکتریکی مغناطیس‌‌سنجی، رادیومتری، گراوی‌متری و لرزه ‌نگاری است که هر یک از این روش‌ها به ‌صورت مستقل و یا همراه با دیگر روش‌ها جهت اکتشاف ذخایر معدنی و حوضه‌های نفت و گاز کاربرد دارند، در سال‌های اخیر شرکت‌های سازنده تجهیزات ژئوفیزیکی همواره در جهت ساخت دستگاه‌های فرستنده که توان انتشار قوی‌تر و کنترل شده امواج به زمین را دارا باشند و گیرنده‌هایی که توان ثبت واقعی‌تر داده‌های برگشتی از زمین را داشته باشند تلاش کرده‌اند و کارشناسان ژئوفیزیک در سه بخش ارتقای تکنولوژی دستگاه‌ها، بهینه کردن روش‌های اندازه‌گیری هوایی و زمینی و همچنین کامل‌تر کردن نرم‌افزارهای مربوطه به‌منظور واقعی‌تر کردن محل، شکل و ابعاد آنومالی‌های کشف شده تلاش می‌کنند. در اینجا به چند مورد جدید و کاربردی اشاره می‌شود:

 

الف) روش اندازه‌گیری 24 Titan

این روش از جدیدترین روش‌های الکتریکی است که در آن پارامترهای مقاومت (RS)، شارژ ابیلیته (IP) و مقاومت مگنتوتلوریک (MT) در طبقات زمین اندازه‌گیری می‌شود و می‌توان تا عمق 2 کیلومتری را مورد مطالعه و اندازه‌گیری قرار داد و بنابراین جهت اکتشاف معادن عمیق و پنهان در اعماق زمین بسیار کارآیی دارد، مقادیر IP تا عمق 750 متری و مقادیر MT تا عمق 2 کیلومتری در این روش قابل اندازه‌گیری است، اندازه‌گیری‌ها بر روی یک خط یا شبکه و همزمان در 24 ایستگاه انجام می‌یابد و با تلفیق داده‌های فوق، درجه اطمینان آنومالی‌های حاصله افزایش می‌یابد. این تکنیک از جمله روش‌هایی است که در چند سال اخیر در سطح جهان در پروژه‌های اکتشافی بسیار مورد توجه قرار گرفته است.

 

ب) روش E-scan Surveys

این روش نیز از جمله روش‌های جدید الکتریکی است که نوعی اندازه‌گیری مقاومت و IP است. عمق اندازه‌گیری آن تا 600 متر بوده و نفوذپذیری جریان ارسالی در زمین با قدرت بالاتری نسبت به روش‌های معمول است. در این روش حدود یکصد الکترود و یا بیشتر برروی شبکه‌ای در سطح یک کیلومترمربع و یا بیشتر قرار می‌دهند و جریان اولیه به یک الکترود وصل شده و مقاومت در همه الکترودها قرائت می‌شود، هر یک از الکترودها به‌تدریج به‌عنوان الکترود جریان اولیه عمل کرده و بدین ترتیب حجم بسیار زیادی داده جمع‌آوری می‌شود. داده‌ها با استفاده از کامپیوتر در قالب سلول‌های سه بعدی نشان داده می‌شوند و نهایتا مقاومت حجمی از ناحیه به‌صورت سه بعدی نمایش داده می‌شود. این روش در اکتشاف کانسارهای طلای اپی ترمال، نواحی ژئوترمال، پایپ‌های کیمبرلیتی و… کاربرد خوبی دارد.

 

ج) دستگاه‌های جدید مگنتومتر داده‌های میدان مغناطیسی را در حافظه ثبت کرده و پس از انجام تصحیحات مربوطه با اتصال آن به پلاتر، نقشه کنتوری داده‌ها را ترسیم می‌‌کنند. همان‌طور که می‌دانیم روش مغناطیس سنجی کاربردهای فراوانی در اکتشاف انواع کانسارها دارند و در تشخیص نواحی آهن‌دار، نواحی آلتراسیون، توده‌های نفوذی پنهان، شناسایی گسل‌ها و کنتاکت‌های زمین‌شناسی در عمق و بسیاری موارد دیگر قابل استفاده هستند.

 

د) روش جدیدی در تجزیه و تحلیل داده‌های IP و EM جهت تفکیک بهتر آنومالی‌ها و ارزش‌دهی به آنها مورد استفاده قرار گرفته است که به نام، 3D EM-IP Modeling and Imaging System است. در این روش با تلفیق کردن داده‌های فوق و ساخت مدل سه بعدی، آنومالی‌ها به صورت واقعی‌تر ثبت می‌شوند.

 

ر) از روش‌های لرزه‌نگاری (Seismic) معمولا جهت اکتشاف منابع نفت و گاز استفاده می‌شده ولی جدیدا از این‌گونه روش‌ها جهت اکتشاف ذخایر فلزی واقع در اعماق بیش از 500 متری زمین نیز استفاده می‌شود. با استفاده از روش لرزه‌نگاری انعکاسی سه بعدی (3D-Seismic Reflection) ذخایر معدنی تا عمق 3 کیلومتری نیز قابل شناسایی هستند و کانسارهایی از تیپ ماسیوسولفاید، Sedex، IOCG (کانسارهای مس و طلای آهن اکسیدی) با این روش مورد اکتشاف قرار گرفته‌اند. در صورتی که امواج از طبقات زمین خوب منعکس نشوند با حفر چاه و قراردادن سایزمومتر در عمق چاه (Borehole Seismic) نسبت به ثبت امواج اقدام می‌کنند.

 

ز) روش اندازه‌گیری همزمان مولفه‌های میدان‌های مغناطیسی و الکتریکی زمین که به نام امواج مگنتوتلوریک (Magnetotelluric) شناخته می‌شوند در حال پیشرفت است در این روش تغییرات میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی در فرکانس‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شود و قابلیت هدایت الکتریکی طبقات زمین با استفاده از نسبت بین مولفه‌های الکتریکی و مغناطیسی تعیین می‌شود (MT Apparent Resistivity). این روش با توجه به دامنه فرکانس امواج جهت اکتشاف در اعماق مختلف کاربرد دارد. نوعی از این روش که در سال‌های اخیر کاربرد زیادی در اکتشاف ذخایر معدنی پیدا کرده به نام، (CSAMT) Controlled Source Audio Magnetotelluric است که جریان الکتریکی در دامنه فرکانسی مشخص به زمین ارسال می‌شود.

 

ه) ژئوفیزیک با پهپاد

کشف منابع جدید معدنی اغلب در مناطق دور افتاده اتفاق می‌‌افتد، یعنی مناطقی که نقشه‌های موجود رزولوشن مناسبی ندارند، به عبارتی نقشه‌های بزرگ مقیاس موجود نیستند. در مراحل اولیه اکتشاف داشتن یک دید کلی از محدوده بسیار سودمند است. کاری که غالباً شرکت‌های مشاوره یا جویندگان موادمعدنی به کمک تصاویر ماهواره‌ایی و نرم افزار‌های رایگان از آن بهره می‌‌جویند. اما قدرت تفکیک بهترین تصاویر ماهواره‌ایی نیز از ۳۰ سانتی‌متر تجاوز نمی‌کند و این بدان معنی است که تشخیص یک عارضه با ابعاد کمتر از ۶۰ سانتی‌متر در این تصاویر ناممکن است.

 

به عبارتی نقشه‌های تهیه شده بر مبنای این تصاویر حداکثر مقیاس ۱:۵۰۰۰ خواهند داشت. در حالی که در تصاویر تهیه شده با پهپادهای فتوگرامتری در صورت رعایت اصول مربوطه، امکان دستیابی به رزولوشن ۳ سانتی‌متر نیز فراهم خواهد آمد و این یعنی امکان تهیه نقشه‌های ۱:۱۰۰۰ و ۱:۵۰۰ توپوگرافی و زمین‌شناسی در این روش وجود دارد.

کاربرد پهادها در مطالعات زمین شناسی و مهندسی معدن شامل:

1. دورسنجی: دورسنجی در اکتشافات پهپادی توسعه مناسبی یافته است. سنجنده‌هایی مانند مادون قرمز، دوربین‌های هایپر/مولتی اسپکترال و لیدار فراتر از دیتاهای ماهواره‌ایی برای شناسایی رخنمون‌های موادمعدنی بسیار کابردی هستند.
2. ژئوفیزیک: کمپانی GEM یک مدل مگنتومتر پتاسیم بسیار سبک به بازار عرضه کرده است که بر روی پرنده‌های بال ثابت و مولتی روتر‌ها تست و اجرایی شده است.

ریوتینتو یکی از اولین شرکت‌هایی بود که به استفاده از پهپادها برای معدنکاری روی آورد. در حال حاضر در عملیات معدنکاری مس Kennecott واقع در یوتا آمریکا، ریوتینتو از این تکنولوژی استفاده می‌کند. عملیات Kennecott شامل معدن مس Canyon Bingham، کارخانه ذوب، پالایشگاه، نیروگاه و… است. این عملیات بیش از 110 سال است که برای تولید مس، مولیبدن، طلا، نقره و اسید سولفوریک فعالیت می‌کند.

 

7- اکتشاف با دستگاه‌های حفاری اکتشافی

دستگاه‌های حفاری بسته به اهداف مورد نظر در کار متنوع هستند و به‌طور کلی با توجه به تنوع در روش‌های حفر چاه‌های حفاری حدود 9 مدل از این دستگاه‌ها توسط شرکت‌های سازنده تولید می‌شوند که از آنها در حفاری‌های چاه آب، نفت، مطالعات ژئوتکنیکی، حفر چاه‌های انفجاری و مطالعات اکتشافی معادن استفاده می‌‌کنند.

 

اکثر این دستگاه‌ها در حین حفاری سنگ‌های مسیر را خرد کرده و خرده‌ سنگ‌ها از دهانه چاه خارج می‌‌شوند (Percussion Drills) و در برخی از مدل‌ها نیز سنگ‌های مسیر چاه سالم و با خردشدگی کم از چاه خارج می‌شوند (Core Drills). در چند دهه گذشته حفاری‌های اکتشافی با دستگاه‌های مغزه‌گیری (Core Drill Rigs) انجام می‌گرفته و عدم به‌کارگیری دستگاه‌های نوع Percussion به دو دلیل اختلاط خرده سنگ‌های خروجی با سنگ دیواره چاه و عدم امکان بررسی‌های سنگ‌شناسی و دیگر مطالعات بر روی خرده سنگ‌های خروجی بوده است. در اینجا به آخرین روش‌های مورد استفاده در حفاری اکتشافی اشاره می‌شود:

 

 

الف) حفاری اکتشافی به روش RC

این روش در سال‌های اخیر به‌تدریج جای خود را در حفاری‌های اکتشافی ذخایر معدنی باز کرده است. در این روش برای عدم اختلاط خرده‌ سنگ‌های خروجی با ریزش‌های دیواره چاه، خرده سنگ‌ها با فشار هوا و یا آب از فضای بین دو لوله به بیرون رانده شده و تماس با دیواره چاه نخواهند داشت، در مدل دیگری از این دستگاه‌ها هوای فشرده و یا آب از فضای بین دو لوله وارد چاه شده و خرده سنگ‌ها از فضای لوله مرکزی به بیرون از چاه هدایت می‌شوند و بنابراین هیچ نوع آلودگی با سنگ‌های دیواره چاه ایجاد نمی‌شود.

هم اینک بیش از نیمی از حفاری‌های اکتشافی در دنیا توسط دستگاه‌های، (Reverse Circulation Drilling) RC انجام می‌یابد، سرعت زیاد و هزینه کمتر از جمله مزیت‌های عمده این نوع دستگاه‌ها نسبت به دستگاه‌های مغزه‌گیری است و در هر پروژه اکتشافی جهت شناخت اولیه و سریع از ذخیره معدنی می‌توان حفاری را با این روش آغاز کرد. درحال حاضر در پروژه‌های اکتشافی به‌منظور ایجاد سرعت و کم کردن هزینه‌های حفاری بیش از نیمی از چاه‌ها را با دستگاه‌های RC و بخش دیگر را با دستگاه‌های مغزه‌گیری حفر می‌‌کنند.

البته این روش معایبی نیز دارد مثلا در صورت افت و کم بودن فشار هوا ممکن است کانی‌های سنگین نظیر طلا به ته چاه سقوط کنند و یا اینکه در صورتی که کانی‌سازی در درزه‌های ریز باشد احتمال خروج کانه‌ها از خرده سنگ‌ها و سقوط آنها در چاه وجود دارد در حال حاضر حفاری RC تا عمق 500 متر نیز امکان‌پذیر است.

 

ب) حفاری چند جهتی و یا Directional Drilling Core

در این نوع روش حفاری پس از حفر کردن یک چاه در عمق مشخصی از چاه مذکور با توجه به اهداف مورد نظر می‌توان چاه‌های انحرافی دیگری حفر کرد و بنابراین با این روش صرفه‌جویی زیادی در زمان و هزینه حفاری خواهد شد این روش در چند سال اخیر ابداع شده و هنوز به‌صورت گسترده در پروژه‌های اکتشافی در سطح جهان استفاده نمی‌شود و برای ذخایر لایه‌ای و یا رگه‌ای کاربرد بیشتری دارد در این روش جهت کنترل کردن جهت حفاری در عمق از انواع ابزارهای جانبی در دستگاه حفاری استفاده می‌شود و از جمله مهمترین آنها Steerable Core Barrels است در حال حاضر با این روش چاه‌های تا عمق 700 متر را می‌توان حفر کرد.

 

ج) دستگاه‌های حفاری چند منظوره (Multipurpose Drill Rigs)

این دستگاه‌ها که معمولا برروی تراک نصب می‌گردند، بنابه اهداف مور نظر حفاری ساخته می‌شوند و در پروژه‌های اکتشافی که دو روش حفاری و یا بیشتر مدنظر است به‌کار می‌روند. متداول‌ترین آنها دستگاه‌های حفاری مغزه‌گیری الماسه (Diamond Core Drilling) و RC هستند که حفاری الماسه تا عمق 1300 متر و RC تا عمق 400 متر را نیز با این‌گونه دستگاه‌ها می‌توان انجام داد. البته لازم به ذکر است که برخی از آخرین مدل‌های دستگاه‌های حفاری مغزه‌گیری تا عمق 3 هزار متری را نیز حفر می‌کنند.

 

د) دستگاه‌های حفاری خاص

جهت حفاری در مناطق صعب ‌العبور و بدون راه دسترسی، دستگاه‌های حفاری ساخته شده که قطعات آن در عرض یک ساعت باز شده و قطعات آن را با هلیکوپتر به محل پروژه حمل می‌کنند و قطعات باز شده را در مدت کوتاهی می‌توان مونتاژ کرد، در مراحل اولیه اکتشاف از دستگاه‌های مغزه‌گیری پرتابل نیز می‌توان استفاده کرد که دستگاه‌های سبکی بوده و تا عمق 100 متر را حفاری می‌‌کنند این دستگاه‌ها را با هلیکوپتر نیز حمل می‌‌کنند به این دستگاه‌ها Gopher گویند که کاربردهای مختلفی نیز دارند.

 

8- اکتشاف با دستگاه‌های جدید آنالیز

علاوه بر پیشرفت شگرفی که در آنالیز شیمیایی دستگاهی با ورود انواع روش‌هایInductively Coupled Plasma) ICP) در این شاخه ایجاد شده که کمک شایانی به اکتشافات ذخایر معدنی کرده است، دستگاه‌های آنالیز پرتابل که بتوان از آنها در محیط‌های صحرایی استفاده کرد در حال پیشرفت هستند از جمله دستگاه‌هایی که در سه سال گذشته کارآیی خوبی از خود نشان داده‌اند نوعی دستگاه X.R.F پرتابل هستند که با گذاشتن این دستگاه بر روی نمونه سنگ با دقت قابل‌ قبولی دستگاه میزان عناصر موجود در نمونه را اندازه‌گیری و ثبت می‌‌کند و حدود 25 عنصر توسط این دستگاه اندازه‌گیری می‌شود.

این دستگاه‌ها فعلا امکان اندازه‌گیری عناصر سبک‌تر از کلسیم در جدول تناوبی را ندارند. وجود این دستگاه در صحرا به‌خصوص در حفاری‌های اکتشافی کمک زیادی جهت جمع‌بندی سریع به کارشناس می‌‌کند و به کارگیری آن را در پروژه‌های اکتشافی در ایران توصیه می‌‌‌کنیم. از دیگر دستگاه‌هایی که در چند سال گذشته در جهت شناسایی صحرایی کانی‌ها کاربرد زیادی یافته دستگاه Portable Infra-red Mineral Analyser) PIMA) است که با این دستگاه و استفاده از کامپیوتر و نرم‌افزارهای مربوطه (Specmin) مقادیر کانی‌ها را می‌توان در نمونه مشخص کرد و مثلا با اندازه‌گیری مقادیر کانی‌ها برروی یک شبکه طراحی شده روی زمین نقشه انواع آلتراسیون‌ها را ترسیم کرد. با این اسپکترومتر دامنه وسیعی از کانی‌های سولفاته، کربنات‌ها و هیدرو سیلیکات‌ها را می‌توان شناسایی کرد.

 

9- اکتشاف بر مبنای هوش مصنوعی

امروزه هوش مصنوعی در حال متحول کردن حوزه‌های مختلف معدنکاری است و بخش بسیار پرهزینه اکتشاف نیز از این جمع مستثنی نیست. اثر هوش مصنوعی بر حوزه معدن بسیار گسترده بوده است و ما برای اینکه نسبت به این تاثیر یک درک نسبی داشته باشیم، برخی از روش‌های استفاده از هوش مصنوعی را زیر آورده‌ایم.

 

 الف) پروژه OreFox

بذر این شرکت در سال 2014 کاشته شد. از بنیانگذاران OreFox خواسته شد داده‌های یک پایگاه داده مربوط به حوزه معدن را تحلیل کنند و آن‌ها ابزاری را برای این کار توسعه دادند که منجر به ایجاد یک سیستم هوش مصنوعی شد. محصول این شرکت که با هدف تشخیص محل ذخایر جدید طلا توسعه یافته بود، در سال 2017 تکمیل شد و توانسته عملکرد موفقیت آمیزی داشته باشد.

پس از آن این شرکت 2 محصول دیگر هم توسعه داده است. محصول اول یک سیستم هوش مصنوعی است که داده‌های مربوط به یک حوزه را برای اکتشاف منابع جدید بررسی می‌کند و نقاطی که احتمال بیشتری برای کشف منابع وجود دارد را مشخص می‌کند. محصول دوم یک سیستم یادگیری عمیق است که ویژگی‌های زمین شناختی و دیگر موارد مربوط به اکتشاف را تحلیل می‌کند تا فرصت اقتصادی استخراج را شناسایی کند.

 

ب) پروژه Imago

این شرکت برای خود یک هدف ساده تعریف کرده است: افزایش احتمال اکتشاف معدن. Imago امیدوار است با توسعه پلتفرمی که از تصاویر زمین شناسی داده و تحلیل‌های معنادار استخراج می‌کند، احتمال موفقیت فعالیت‌های اکتشاف را نسبت به مدل‌های سنتی ارتقا دهد.

پلتفرمی که توسط این شرکت توسعه داده شده است، تصاویر مربوط به منابع مختلف را کنار هم قرار می‌دهد و آن‌ها را به داده‌هایی قابل فهم تبدیل می‌کند. سپس ربط میان این اطلاعات با فعالیت‌های مختلف معدن را مشخص می‌کند و نهایتا از دانشی که ایجاد شده است برای ارتقا سطح تحلیل‌های بعدی استفاده می‌‌کند.

 

ج) پروژه Goldspot Discoveries

این شرکت هم به دنبال استفاده از هوش مصنوعی برای افزایش بهره‌وری و کاهش ریسک سرمایه در فعالیت‌های مربوط به اکتشاف معدن است. Goldspot اقتصادی بودن اکتشاف را به عنوان یک چالش اساسی مدنظر قرار داده است. بر این اساس پلتفرمی را توسعه داده است که از طریق هوش مصنوعی داده‌ها را تحلیل می‌کند تا بتواند مواردی را بر اکتشاف پیشنهاد دهد که کمترین ریسک را به همراه داشته باشد.

خدمات گلداسپات مورد توجه شرکت‌های بزرگ حوزه معدن قرار گرفته است و شرکت‌هایی مانند Vale از پلتفرم هوش مصنوعی این شرکت برای ارتقای فعالیت‌های اکتشاف خود استفاده می‌کنند.

 

د) پروژه Earth AI

محصول اصلی این شرکت یک الگوریتم یادگیری ماشین است که می‌تواند میلیون‌ها داده را برای تشخیص اینکه چه جایی ذخایر اقتصادی موادمعدنی وجود دارد، تحلیل کند. ویژگی این الگوریتم این است که حتی برای مناطقی که قبلا هیچ اکتشافی در آنها صورت نگرفته هم کاربرد دارد.

بعد از ایجاد این پلتفرم Earth AI دست از نوآوری برنداشته است و پروژه‌های جدیدی مانند استفاده از پهپاد برای انجام تحقیقات دقیق مغناطیسی را در پیش گرفته است. با توجه به کارکردهای گسترده‌ای برای تکنولوژی‌های توسعه یافته توسط این شرکت متصور است، بسیاری از شرکت‌های نامی حوزه صنعت با این مجموعه وارد تعامل و همکاری شده‌اند که Red Metal، Toro Energy، Peel Mining و Hammer Metals از جمله این شرکت‌ها هستند.

 

ه) پروژه Koan Analytics

این شرکت که از سال 2017 فعالیت خود را آغاز کرده است با حضور در یک هاکاتون که توسط شرکت Barrick Gold توانست قابلیت‌های خود را بروز دهد. پس از این رویداد بود که Barrick با مشاهده ظرفیت بالای این شرکت، تصمیم گرفت با آن‌ها یک همکاری تجاری را شروع کند. این همکاری با هدف توسعه ابزارهای یادگیری ماشین برای کاربرد اختصاصی در حوزه اکتشاف و معدن و برای حداکثر کردن ارزش تولید شده توسط این صنعت، شکل گرفت.

اولین محصول Koan که با نام RAAV شناخته می‌شود بر گردآوری و سازماندهی داده‌های مرتبط با معدن تمرکز دارد و تحلیل‌های منطقی پیش بینانه را برای پشتیبانی از فرآیند تصمیم‌گیری متخصصان ارائه می‌‌دهد. RAAV داده‌های گردآوری شده و تحلیل‌های حاصل شده را در قالب‌های بصری نمایش می‌دهد و امکان تبادل داده و اطلاعات با دیگر پلتفرم‌های مورد استفاده در صنعت مانند پلتفرم‌های GIS را دارد.