خطاهای زمين‌شناسی در تفسير داده‌ها عمليات مگنتومتری

1. مقدمه

ارزانترين و کم‌ريسک‌ترين روشی که برای اکتشاف ذخاير سنگ آهن می‌توان از آن استفاده کرد، عمليات مگنتومتری (ژئوفيزيک) می‌باشد. برداشت اوليه يک روزه (در حد برداشت دو تا چند پروفيل) که نشان دهد رخنمون‌های مشاهده شده در يک محدوده از گسترش سطحی و عمقی برخورداند، هزينه‌ای 2 تا 5 ميليون تومانی خواهد داشت. انجام عمليات برداشت کامل يک منطقه بسته به وسعت و اندازه ذخيره نیز هزینه‌ای 10 تا 100 ميلون تومان  در بر خواهد داشت در حالی که حفاری فقط يک گمانه 50 متری مغزه‌ای با قيمت سال 1398 می‌تواند حدود 20 ميليون تومان هزينه داشته باشد.

از عمليات مگنتومتری در اکتشاف مستقيم ذخاير سنگ‌آهن مگنتيتی يا ذخاير سنگ‌آهن هماتيتی که به دليل وجود دانه‌های مگنتيتی در بستر آن‌ها دارای خاصيت مغناطيسی کمی هستند و همچنين اکتشاف غيرمستقيم ذخاير ماسيوسولفيد مس (به دليل وجود کانی‌های فرومغناطيس مانند پيروتين) می‌توان استفاده کرد.

مهم‌ترين نقطه ضعف روش مگنتومتری، دشواری در تفکيک ميدان مغناطيسی ناشی از يک توده سنگ‌آهن مگنتيتی با ميدان مغناطيسی ناشی از ساير توده‌های مغناطيسی نظير سنگ‌های مافيک و اولترامافيک می‌باشد.

2. ميدان‌های مغناطيسی ناشی از توده‌های مافيک و اولترامافيک

در ساختار طبيعی بعضی از سنگ‌ها مثل گابرو، بازالت، ديوريت و … عنصر آهن وجود دارد. در صورتی که هنگام تشکيل اين سنگ‌ها مقدار کمی آهن (علاوه بر آهن موجود در ساختار بلوريشان) به ساختارشان اضافه گردد، اين سنگ‌ها خاصيت مغناطيسی شبيه سنگ‌آهن مگنتيتی از خود نشان می‌دهند که باعث به وجود آمدن خطا در هنگام تفسير داده‌های مگنتومتری می‌شود. در جنین مواردی تفکیک میدان‌های مغناطیسی به خصوص در مورد توده‌های مغناطيسی که هيچ رخنمونی در سطح زمين ندارند بسيار دشوار خواهد بود و مطمئن‌ترين راه تشخيص جنس اين نوع توده‌های مغناطيسي، عمليات حفاری می‌باشد.

به همين دليل در زمان تفسير نقشه‌های مگنتومتری، در اولين قدم بايد منشاء ناهنجاری‌های مغناطيسی برداشت شده در عمليات مگنتومتری، مشخص گردد.

همان‌طور که گفته شد علاوه بر سنگ‌آهن مگنتيتی، توده‌های آذرين مافيک و اولترامافيک مثل گابرو، بازالت، ديوريت، دونيت و پريدوتيت، به طور طبيعي از خاصيت خودپذيری مغناطيسی برخوردار بوده و در صورت غنی‌شدگی از عنصر آهن، اين خاصيت تشديد می‌شود و در بعضی شرايط ميدان مغناطيسی ايجاد شده توسط اين توده‌ها به مراتب بيشتر و قوی‌تر از ميدان مغناطيسی توليدشده توسط کانسارهای مگنتيتی می‌باشد.

به همين دليل انجام بررسی‌های زمين‌شناسی و تعيين جنس سنگ‌های موجود در منطقه يکی از مهمترين فاکتورهای موثر در زمان تحليل و تفسير نقشه‌های مگنتومتری می‌باشد.

1.2. مثال موردی؛ معدن سنگ‌آهن شتر سنگ

معدن سنگ‌آهن شتر سنگ در منطقه سرد ولايت نيشابور واقع شده است که کانی‌زائی سنگ‌آهن در يک توده گابروئی صورت گرفته است. در سنگ گابرو به‌عنوان منشا و ميزبان اصلی کانی‌زائی سنگ‌آهن، مقدار قابل توجهی آهن وجود داشته که در برخی از نقاط با افزايش میزان غنی شدگی، پچ‌ها يا لنزهای کوچک و بزرگ سنگ‌آهن با عيار بسيار بالا تشکيل شده است.

در عمليات ژئوفيزيک که در اين منطقه در سال 1386 انجام شد، شدت ميدان مغناطيسی داده‌های برداشت شده بين 32 تا 72 هزار نانو تسلا (اختلاف 40 هزار نانو تسلا) بود. برای درک اين مطلب بهتر است نتیجه این منطقه را با شدت میدان مغناطیسی محدوده‌ی شناخته شده‌ای مانند گل گهر مقایسه کنیم. شدت ميدان مغناطيسی مربوط به معدن شماره 2 گل گهر با حدد 56 ميليون تن ذخيره بين 41 تا 49 هزار نانو تسلا  (اختلاف 9 هزار نانو تسلا) می‌باشد.

به همين دليل بايد به اين مطلب توجه کرد که شدت ميدان مغناطيسی بالا لزوماً نشانگر وجود يک ذخيره سنگ آهن با ذخيره بسيار زياد نمی‌باشد و حتماً بايد تحليل و تفسير داده‌ها و نقشه‌های مگنتومتری رسم شده بر اساس اطلاعات زمين‌شناسی يک محدوده انجام گيرد. در تعداد زيادی از پروژه‌های اکتشاف ذخاير سنگ آهن انجام شده در ده سال گذشته، عدم توجه به اين مساله باعث ايجاد خطا در عمليات مگنتومتری و در نتيجه محاسبه غير واقعی ذخيره کانسار سنگ آهن و يا حتی شناسايی يک توده مافيکی و اولترامافيکی بعنوان يک ذخيره سنگ آهن شده است.

3. ميدان‌های مغناطيسی ناشی از سنگ‌های رسوبی آهن‌دار

اهميت در نظر گرفتن منشا توليد ناهنجاری‌های مغناطيسی برداشت شده در عمليات مگنتومتری زمانی بيشتر می‌شود که بدانيد علاوه بر توده‌های مافيک و اولترامافيک، برخی از سنگ‌های رسوبی و دگرگونی نيز به دليل وجود دانه‌های ريز مگنتيت در بستر آن‌ها، می‌توانند باعث ايجاد ناهنجاری‌های مغناطيسی و نمايش آنومالی‌های کاذب شوند.

اين سنگ‌ها در حالت معمولی جذب آهنربا نشده اما وقتی به قطعات ريزتر خرد شوند به راحتی جذب آهنرباهای با شدت بالا می‌شوند. به عنوان مثال می‌توان به ميکا شيست‌های آهن‌دار مشاهده شده در منطقه بلورد سيرجان و قطرويه فارس اشاره نمود.

1.3. مثال موردی؛ راین کرمان

براي مثال چند تصوير مربوط به عمليات مغناطيس‌سنجی انجام شده در منطقه راين کرمان در ادامه آورده شده است. در تصوير اول رخنمون توده سنگ‌های مافيک و اولترامافيک در سطح زمين و در تصوير دوم ناهنجاری‌های مغناطيسی و آنومالی کاذب ايجاد شده توسط اين توده سنگ‌ها نشان داده شده است.

برای تاکید بیشتر این نکته مهم دوباره تکرار می‌شود: در زمان انجام عمليات اکتشاف ذخاير سنگ آهن و يا مطالعه گزارشات مربوط به عمليات مگنتومتری کانسارهای سنگ‌آهن و تحليل و تفسير نقشه‌های مگنتومتری بايد در اولين قدم با انجام بررسی‌های زمين‌شناسی و تطبيق نقشه‌های زمين‌شناسی بر روی نقشه‌های مگنتومتری، منشا توليد ناهنجاری‌های مغناطيسی شناسايی گردد و سپس به تحليل و تفسير و مدل‌سازی آن پرداخته شود.

4. شناسایی آنومالی‌های واقعی و کاذب

يکی از روش‌های شناسايی سنگ‌آهن از ساير سنگ‌های دارای خاصيت مغناطيسي نظير گابرو، بازالت، شيست آهن‌دار و … در زمان بررسی‌های زمين‌شناسی، استفاده همزمان از دو آهنربای قوی و ضعيف می‌باشد. در هنگام بررسی‌های صحرايی زمين‌شناسی و تشخيص سنگ‌های دارای خاصيت مغناطيسی، نبايد از آهنرباهای قوی (با شدت گوس بالا) استفاده نمود.

قطعات ريز و درشت سنگ‌آهن مگنتيتي به راحتی جذب آهنرباهای با شدت پایين می‌شوند، اما قطعات بزرگ سنگ‌های دارای خاصيت مغناطيسی غيرآهنی (به دليل وجود کانه‌های مغناطيسی با خودپذيری مغناطيسی پایين مانند پيروکسن‌ها) فقط جذب آهنرباهای با شدت ميدان مغناطيسی بالا می‌شوند. در صورتی که اين نوع از سنگ‌ها را با چکش زمين‌شناسی خرد کنيد، قطعات ريز آن‌ها نيز جذب آهنرباهای با شدت بالا خواهد شد.

در سه تصوير زير روش شناسايی منشا دو ناهنجاری مغناطيسی کاذب که به ترتيب ناشي از توده شيست‌های آهن‌دار و توده سنگ گابرو می‌باشد نمايش داده شده است. قطعات درشت اين دو سنگ رسوبی و مافيکی جذب آهنرباهای ضعيف نمی‌گردند اما پس از خرد کردن قطعات درشت آن‌ها با چکش، قطعات ريز ايجاد شده به راحتی جذب آهنرباهای با شدت ميدان مغاطيسی بالا می‌گردند.

ناهنجاری مغناطيسی توليدشده توسط شيست‌های آهن‌دار در منطقه بلورد سيرجان

شناسايی گابرو آهن‌دار دارای خاصيت مغناطيسی از سنگ‌آهن در منطقه رايين کرمان

ناهنجاری مغناطيسی توليدشده توسط گابرو آهن‌دار در منطقه رايين کرمان

در عمليات مگنتومتری مربوط به تصوير اول حداقل شدت ميدان مغناطيسی برداشت شده در اين منطقه 45750 نانوتسلا و حداکثر شدت ميدان مغناطيسی آن 45866 نانوتسلا می‌باشد. حداکثر تغيیرات ميدان مغناطيسی در اين منطقه 116 نانوتسلا می‌باشد.

در عمليات مگنتومتری مربوط به تصوير سوم حداقل شدت ميدان مغناطيسی برداشت شده در اين منطقه 41116 نانوتسلا و حداکثر شدت ميدان مغناطيسی آن 46350 نانوتسلا می‌باشد. حداکثر تغيیرات ميدان مغناطيسی در اين منطقه 5234 نانوتسلا می‌باشد.

پس از حذف داده‌های خارج از رنج و مربوط به رگه‌های سنگ آهن، حداقل شدت ميدان مغناطيسی اين منطقه 45192 نانوتسلا و حداکثر شدت ميدان مغناطيسی آن 45759 نانوتسلا می‌باشد. حداکثر تغيیرات ميدان مغناطيسی مربوط به توده سنگ‌های گابرو در اين منطقه 567 نانوتسلا می‌باشد.

وحید مجیدزاده

مهندس مشاور معادن با بیش از 15 سال سابقه