1. METODYKA PRAC POSZUKIWAWCZYCH I ROZPOZNAWCZYCH

Odkrycie złoża kopaliny użytecznej i udokumentowanie jej zasobów realizowane jest w trzech etapach [ 2 ]:

Badania		Poszukiwanie		Rozpoznawanie
podstawowe		złóż		złóż

Przedstawione powyżej rodzaje geologicznych prac badawczych realizowane są następująca:

• w etapie I wykonywane są badania podstawowe, których celem jest ogólne poznanie określonego wycinka skorupy ziemskiej. Prace te mają istotne znaczenie dla opracowania i sprawdzenia koncepcji poszukiwawczej i powinny stwarzać określone perspektywy odkrycia złóż.

• etap II obejmuje właściwe poszukiwania nowych złóż lub powiększenie zasobów złóż wcześniej znanych. Prace te określ się jako poszukiwania złóż lub prace geologiczno-poszukiwawcze.

• w etapie III następuje bliższe rozpoznanie odkrytego złoża, ustalenie jego zasobów w kategorii C₂, C₁, B, A oraz określenie geologiczno-górniczych warunków wydobycia kopaliny. Prace prowadzone na tym etapie, określane jako rozpoznawanie złoża, stwarzają podstawy do organizowania prac eksploatacyjnych.

Zdarzają się również przypadkowe odkrycia złóż dokonywane przez geologów, podróżników, turystów, leśników itp. najczęściej na obszarach mało poznanych pod względem geologicznym.

Złoża wymagają indywidualnego traktowania. Sposoby ich badania zależą od geologicznych warunków występowania złóż, ich formy, budowy i wielkości, rodzaju i własności fizycznych i chemicznych, ich wartości użytkowej, skali zapotrzebowania na nie itp.

Inną metodykę stosuje się przy poszukiwaniu złóż magmowych, a inną w przypadku poszukiwania osadowych złóż rud żelaza, metodyka poszukiwania złóż leżących blisko pod powierzchnią jest inna niż w przypadku złóż na dużych głębokościach lub dnie zbiorników wodnych.

Wśród czynności związanych z poszukiwaniem złóż można wyróżnić stadium analityczne, polegające na określeniu ekonomicznych, technicznych i społecznych kryteriów poszukiwań oraz ocenie danych geologicznych, zwłaszcza oznak występowania złóż i przesłanek wskazujących na możliwość ich odkrycia [ 2 ].

Oznaki występowania złóż

Złoża występujące w skorupie ziemskiej sygnalizują często swoją obecność różnego rodzaju oznakami, wskazującymi bezpośrednio lub pośrednio na obecność poszukiwanej kopaliny [ 2 ].

Oznaki bezpośrednie - wskazują bezpośrednio na obecność poszukiwanej kopaliny.

Oznaki pośrednie - pośrednio informują o możliwościach występowania poszukiwanej kopaliny.

Do bezpośrednich, a zarazem geologicznych oznak należą: naturalne wychodnie złóż na powierzchni, towarzyszące im okruchy oraz zabarwienie skał.

Informacji o występowaniu złóż dostarczają również naturalne odsłonięcia w dolinach rzek, potoków, zboczach itd., bądź sztuczne odsłoniecia wykonane w ramach świadomie prowadzonej działalności badawczej (wkopy, rowy, wcinki, szybiki, sztolnie, wiercenia) lub też przypadkowo w czasie kopania studni i realizacji robót budowlanych (np. kopania fundamentów, zakładaniu rurociągów, wykonywaniu wkopów drogowych, kolejowych, tuneli, ścinaniu skarp).

Rys. 1. Naturalne odsłonięcie różnych skał w wąwozie; przekrój pionowy poprzeczny [3, 4]	Rys. 2 Odłamki kopaliny użytecznej jako oznaka występowania jej złoża; przekrój poprzeczny 1 - żyła rudy [3, 4]

Pośrednią geologiczną oznaką występowania złoża może być ukształtowanie powierzchni ziemi (będące oznaką geomorfologiczną), zmiany wtórne skał otaczających, przejawy mineralizacji, aureole i potoki rozproszenia poszukiwanej substancji mineralnej w bliższym lub dalszym otoczeniu złoża, a także obecność charakterystycznych minerałów tworzących oznaki mineralogiczne.

Rys. 3. Grzbiet jako oznaka występo-wania złoża kopaliny użytecznej; przekrój pionowy. 1 - skała twarda powodująca wypiętrzenie terenu [3, 4]	Rys. 4. Wgłębienie terenowe jako oznaka występowania złoża kopaliny użytecznej 1 - skała miękka powodująca wgłębienie [3, 4]

Oznakami niegeologicznymi są np. stare wyrobiska, zapadliska, pozostałości po dawnej działalności górniczej i technologicznej (zwały, odpady po przeróbce itd.), odkrycia archeologiczne, nazwy miejscowości, rzek, wzgórz (Złoty Stok, Złotoryja, Złoty Potok, Miedziana Góra, Ruda).

Zarówno oznaki geologiczne, jak i niegeologiczne, bezpośrednie i pośrednie odgrywają ważną rolę w kształtowaniu koncepcji oraz realizacji poszukiwań złóż.

Bardzo ważne jest również ustalenie budowy geologicznej terenu, ponieważ:

- rudy metali występują często w skałach magmowych,

- węgiel, sól, ropa naftowa występują w skałach osadowych (węgiel kamienny w skałach karbońskich),

- rudy cynku i ołowiu np. trias.

Barwne pasy na powierzchni ziemi mogą być oznakami występowania w pobliżu minerałów użytecznych np.:

- wychodnie rud żelaza - pas czerwony,

- wychodnie rud ołowiu - pasy żółty lub czerwony,

- wychodnie rud miedzi - pasy błękitne lub zielone.

Intensywne żółte, kanarkowe lub zielone barwy mogą świadczyć o występowaniu złoża rud uranu. Czerwone lub żółte naloty mogą pochodzić od minerałów arsenu.

Występowanie źródeł słonych świadczy o istnieniu złóż soli.

Źródła mineralne występują zazwyczaj w związku ze złożami rud żelaza, miedzi i cynku.

Nieregularne rozmieszczenie źródeł wody słodkiej może wskazywać na uskoki i szczeliny, istnieje możliwość występowania złóż żylnych.

Stan roślinności zależy od rodzaju gleby:

- użyźniać ją mogą węglany i fosforany wapnia, sole potasowe itd.,

- gleba staje się jałowa przez rozkład pirytów zwłaszcza arsenopirytu.

Pewne gatunki roślin spotykane są w terenie np.: fiołek galmanowy w Belgii, trawa ołowiana w Ameryce Płn. itp.

Cennych wskazówek może udzielić ludność miejscowa np. występowanie tłustych plam, „rdzewienie wody” itd.

Przesłanki występowania złóż

Przesłanki te opierają się zazwyczaj na ustalonych prawidłowościach występowania i wykształcenia złóż w skorupie ziemskiej.

Na podstawie tych prawidłowości konstruuje się przesłanki genetyczne, mineralogiczne, magmowe, strukturalne metamorficzne, stratygraficzne, litograficzne, facjalne, paleograficzne, paleoklimatyczne, złożowe, geochemiczne, hydrochemiczne, geofizyczne i inne.

Jedne z nich dotyczą warunków występowania i wykształcenia złóż magmowych, inne osadowych, wietrzeniowych czy metamorficznych, jeszcze inne np.: mineralogiczne, geochemiczne czy geofizyczne, rodzaju surowca występującego w złożu niezależnie od sposobu jego koncentrowania się [ 2 ].

II. EKONOMICZNO-TECHNICZNE I SPOŁECZNE KRYTERIA

POSZUKIWANIA ZŁÓŻ

1. Rodzaj kopaliny i jej wartość użytkowa

Rodzaj kopaliny określa się na podstawie badań mineralogicznych, petrograficznych, chemicznych oraz fizycznych. Kopaliny można klasyfikować z punktu widzenia technologicznego, ze względu na ich znaczenie terytorialne, częstotliwość występowania oraz miejsce wykorzystania.

Podział technologiczny kopalin najbardziej znany i najczęściej stosowany wyróżnia kopaliny które dostarczają surowców energetycznych, metalicznych, chemicznych, ceramicznych oraz skalnych.

Podział kopalin ze względu na znaczenie w gospodarce [ 2 ]:

• znaczenie lokalne: gliny, piaski budowlane, niektóre surowce skalne;

• znaczenie regionalne (złoża o większych zasobach): cenniejsze rodzaje kopalin, o lepszej jakości i mające zazwyczaj szersze znaczenie i zastosowanie niż kopaliny o znaczeniu lokalnym;

• kopaliny o znaczeniu krajowym: rudy żelaza, miedzi, cynku i ołowiu oraz innych metali, a także węgla brunatnego, sole kamienne i potasowe, fosforyty i inne;

• kopaliny o znaczeniu światowym: kopaliny wymienione poprzednio lecz wyróżniające się korzystniejszymi parametrami jakościowymi i ilościowymi oraz węgle kamienne i niektóre rzadkie surowce skalne.

Z punktu widzenia częstości i masowości występowania kopalin można je podzielić na:

• masowe: np. skały magmowe, osadowe, metamorficzne, węgle kamienne, sole kamienne, gipsy i anhydryty;

• rzadkie: rudy metali, fosforyty, sole potasowo-magnezowe, siarka rodzima, piryty;

• bardzo rzadkie: baryt, fluoryt, kwarc, magnezyt, bentonit, opoka lekka, kalcyt, talk, korund, grafit, glinki ceramiczne itd.

Ze względu na miejsce wykorzystywania kopaliny dzieli się na użytkowane:

• tylko w bezpośrednim sąsiedztwie złoża: kopaliny pospolite, jak piaski, żwiry, skały budowlane, gliny, iły, margle, wapienie itp., wykorzystywane przez budownictwo, cegielnie, cementownie, wapienniki i inne zakłady przemysłu materiałów budowlanych. W miejscu eksploatacji użytkowane bywają również węgle brunatne, których nie opłaca się transportować na większe odległości.

• poza obrębem ich występowania: wykorzystuje się w nawiązaniu do istniejących arterii komunikacyjnych lądowych i wodnych np. węgle kamienne gorszej jakości, rudy niektórych metali, sole kamienne i potasowe.

• niezależnie od lokalizacji złoża oraz istniejących szlaków komunikacyjnych: wykorzystywane są węgle kamienne koksujące, rudy żelaza, fosforyty i inne.

2. Kryteria jakości kopalin użytecznych

Jakość kopaliny użytecznej określa się na podstawie ich charakterystyki technologicznej przeprowadzonej w skali laboratoryjnej, półtechnicznej i przemysłowej.

W zależności od koncentracji pierwiastki i minerały występujące w skorupie ziemskiej znajdują zastosowanie przemysłowe.

Wymagania jakościowe dotyczą ich składu chemicznego lub własności fizycznych.

Przykładowo:

• jakość węgli kamiennych określana jest przez ich wartość kaloryczną, ilość części lotnych, jakość koksu, zawartość popiołu itp.;

• rudy metali zazwyczaj limitowane są zawartością metali, składem mineralogicznym, zawartością domieszek szkodliwych i pożytecznych itd.

Na ogół obowiązuje zasada, że im większe złoże, tym występująca w nim kopalina może mieć gorszą jakość.

Większa podatność kopaliny na wzbogacanie również wpływa obniżająco na jej kryteria jakości.

Jakość kopalin oraz otrzymywanych z nich surowców ustala się zazwyczaj odpowiednimi normami, przy czym poszczególni użytkownicy mogą stawiać różne wymagania.

Przydatność kopaliny do określonego celu zależy również od takich czynników, jak klimat, warunki komunikacyjne, geograficzne i stan zagospodarowania obszaru badań.

3. Kryteria bilansowości

Kryteria bilansowości określają graniczne wymagania stawiane jakości i ilości kopaliny w złożu oraz górniczo-technicznym warunkom jej udostępnienia i eksploatacji.

Kryteria te powinny uwzględniać nakłady finansowe na poszukiwania, rozpoznanie, udostępnienie i eksploatację złoża.

Kryteria bilansowości zależą od wielu czynników, między innymi od wielkości zasobów, jakości kopaliny, geologicznych i geograficznych warunków występowania, jej dostępności górniczej, poziomu techniki i technologii górniczej, wzbogacania i przeróbki, popytu i podaży na dany surowiec, a także etapu rozpoznaniu złoża.

Kryteria te limitują graniczną wartość (minimalną) wielkości zasobów. Jest to podyktowane koniecznością amortyzacji inwestycji niezbędnych dla uzyskania surowca o odpowiedniej ilości i jakości.

Precyzują one też wymagania dotyczące jakości surowca, głównie minimalnej i średniej zawartości składnika użytecznego oraz szkodliwych domieszek.

Określają największą głębokość występowania złoża, która decyduje o łatwości lub trudności wydobycia kopaliny, dostępności górniczej oraz o możliwości mechanizacji wydobycia.

Uwzględniają wymagania współczesnych technologii górniczych, które charakteryzują się wysokim stopniem zmechanizowania, masowością produkcji, wysokimi wydajnościami oraz dużą koncentracją robót.

Kryteria bilansowości powinny uwzględniać nakłady na rekultywację terenów pogórniczych.

Kryteria są zmienne w zależności od czasu i miejsca i mogą zależeć miedzy innymi od stosunków politycznych (bloki, pakty) i od sytuacji międzynarodowej (okres wojny itp.).

W okresie poszukiwań - orientacyjne kryteria bilansowości, zwane uproszczonymi lub wstępnymi ustalane są na podstawie kryteriów bilansowości eksploatowanych złóż podobnego typu. Określa je resort użytkujący daną kopalinę na podstawie wskaźników techniczno-ekonomicznych, ustalonych w trakcie projektowania zakładu górniczego.

W dokumentacjach geologicznych złóż kopalin stałych stosuje się kategorie rozpoznania: C₂, C₁, B i A [ 1 ].

Dokumentację geologiczną z rozpoznaniem złoża w kategorii C₂ sporządza się w celu prowadzenia prac studialnych w zakresie możliwości wykorzystania i oceny określonego złoża kopaliny.

Dokumentację geologiczną z rozpoznaniem złoża w kategorii C₁ , B i A sporządza się w celu projektowania eksploatacji określonego złoża kopaliny stałej.

W miarę poznawania, udostępniania i eksploatacji złoża kryteria wstępne muszą być uściślane. Tworzy się w ten sposób szczegółowe kryteria bilansowości stanowiące podstawę do ustalenia zasobów w kategorii C₁ oraz w kategoriach wyższych.

Na ustalenie kryteriów bilansowości wpływ mają również parametry:

• geologiczno-górnicze: minimalne zasoby kopaliny w złożu, najmniejsza zawartość składnika użytecznego, stopień skomplikowania budowy geologicznej obszaru występowania złoża, zmienność jego budowy i formy, zmienność składu mineralogicznego, chemicznego i własności fizycznych kopaliny, głębokość występowania, stosunek nadkładu do miąższości złoża itp.;

• górniczo-techniczne: zależą między innymi od dopuszczalnej największej głębokości eksploatacji, maksymalnej grubości nadkładu, minimalnej dopuszczalnej miąższości złoża, sposobu jego udostępnienia, zastosowanej technologii eksploatacji itp.;

• ekonomiczne : to dopuszczalna wielkość nadkładów na jednostkę produkcji, konieczność dotrzymania założonych wskaźników np. granicznych kosztów jednostki wydobycia, wydajności itd.

Przy poszukiwaniach znaczenie poszczególnych kryteriów jest różne. Na pierwszym miejscu należy postawić rodzaj i typ kopaliny, jej jakość, obecność składników towarzyszących i szkodliwych oraz podatność na wzbogacanie lub przeróbkę. Jeżeli parametry te spełniają wymogi, przeprowadza się analizę parametrów geologiczno-górniczych, zwłaszcza dostępności górniczej złoża oraz możliwości osiągnięcia aktualnie obowiązujących wskaźników techniczno-ekonomicznych.

Do ustalenia parametrów jakościowych i geologiczno-górniczych należy dobrać optymalną metodę udostępnienia złoża, technologie urabiania i wzbogacania.

4. Dostępność górnicza złoża

Zależy od głębokości jego występowania, stosunków wodnych, obecność gazów, temperatury, własności mechanicznych górotworu, rodzaju skał, promieniotwórczości skał itp.

Woda - urządzenia kubełkowe, pompy ręczne, sztolnie odwadniające, pompy tłokowe, pompy mamut,

C0₂, CH₄ - odpowiednia technologia eksploatacji, odgazowanie np. otworowe, podbieranie, nadbieranie itd.

Temperatura - odpowiednie przewietrzanie, mrożenie przy drążeniu szybów.

Dla dostępności górniczej mają znaczenie również takie technologie, jak: wytapianie siarki z powierzchni ziemi, ługowanie soli, zgazowanie węgla itd.

5. Położenie geograficzne

Położenie geograficzne ma podstawowe znaczenie dla geologicznego poznania określone-go regionu, a tym samym i dla poszukiwań złoża.

Poszukiwania mogą być prowadzone w różnych środowiskach geograficznych na lądzie i na morzu, na terenach położonych na różnych wysokościach nad p. morza, w różnych strefach klimatycznych, zarówno przy wysokich temperaturach rzędu 50-60⁰C, jak i poniżej -40⁰C, w warunkach klimatu suchego, jak i obfitujących w wodę, na obszarach leśnych, stepowych, pustynnych, bagnistych, na obszarach pokrytych śniegiem itd.

Istotne znaczenie dla podejmowania poszukiwań mają warunki komunikacyjne, zwłaszcza możliwość wywozu kopaliny.

6. Rola nauki, postępu technicznego, technologicznego i organizacyjnego

Oddziaływanie jest to wielokierunkowe.

Do odkrywania złóż przyczynia się rozwój nauk geologiczno-mineralogicznych i złożowych, geofizyki, górnictwa, techniki przeróbki mechanicznej, hutnictwa, technologii ceramicznych, chemicznych, przemysłu maszynowego, elektrotechnicznego i innych dziedzin.

Wiele kopalin eksploatuje się przez wytapianie (siarka) lub ługowanie z powierzchni ( sól kamienna, rudy Cu ).

Hydromechaniczny proces wzbogacania umożliwia wykorzystanie uboższych rud pozabilansowych.

W górnictwie odkrywkowym zastosowanie wysokowydajnych maszyn urabiających i zwałujących umożliwia eksploatację złóż na dużych głębokościach :

• rudy do 500-600 m ( skały zwięzłe );

• węgiel brunatny 300-400 m ( skały miękkie ).

Stosunek miąższości nadkładu do miąższości złoża wynosi często 10:1.

Eksploatacja pod dnem morskim i z dna morskiego.

Próby odzyskiwania metali rozpuszczonych w wodzie morskiej przy zastosowaniu np. jonitów, próby zgazowywania węgla, bakteryjne ługowanie metali z rud o małej zawartości itp.

7. Wpływ polityki cen na poszukiwania

O celowości podejmowania poszukiwań decydują często ceny danego surowca, a także możliwości jego pozyskania lub zbytu. Ceny wielu surowców mineralnych oraz otrzymywanych z nich produktów, zwłaszcza niektórych metali, systematycznie wzrastają, inne utrzymują się na jednakowym poziomie, wreszcie istnieją surowce, których ceny ujawniają tendencję spadkową.

Wzrost cen wywołany jest przede wszystkim dużym popytem, spowodowanym stale zwiększającym się zapotrzebowaniem na surowce, rozwojem przemysłów w krajach zarówno rozwijających się jak i rozwiniętych, wzrostem spożycia produktów, ograniczonością zasobów, istniejącymi sytuacjami politycznymi, konfliktowymi, istnieniem bloków wojskowych, politycznych, gospodarczych oraz względami koniunkturalnymi.

Tendencje zniżkowe cen mogą być wywołane odkryciem łatwo dostępnych złóż, opracowaniem nowych technologii, względami konkurencyjnymi, wprowadzeniem na rynek produktów zastępczych itp.

Wahania cen w poszczególnych państwach mogą być wywołane lokalnymi czynnikami, stanem technicznym, kosztami robocizny itp. Do cen zakupu należy także doliczyć koszty transportu, które mogą się zmieniać.

To wszystko powoduje, że ceny niektórych surowców mogą być różne i muszą być uwzględnione w ogólnej ocenie celowości podejmowania poszukiwań, zwłaszcza złóż występujących na większych głębokościach, w trudniejszych warunkach geologicznych oraz o gorszych parametrach.

Fluktuacja cen na rynkach międzynarodowych jest ściśle związana z podażą i popytem. Duży popyt na niektóre surowce wywołany rozwojem niektórych gałęzi przemysłu powoduje zwyżkę cen, co z kolei stwarza korzystne warunki dla rozwoju poszukiwań.

Odwrotnie, duża podaż surowców (możliwości dostawy) powoduje obniżkę cen surowców, co na ogół powoduje spadek cen surowców i ograniczenie poszukiwań.

Ocena sytuacji rynkowej i fluktuacji cen powinna być dalekowzroczna, a także uwzględniać ogólne trendy cen światowych, nie bacząc na chwilowe ich wahania.

8. Poszukiwania a ochrona środowiska człowieka

Poza czynnikami geologicznymi, technicznymi i ekonomicznymi istotne znaczenie dla rozwijania poszukiwań mają kryteria wynikające z potrzeby szeroko pojętej ochrony środowiska człowieka [ 2 ].

Dotyczy to ochrony złóż, optymalnego wykorzystania surowców, wód , gleb, zasobów kultur rolnych i leśnych, parków narodowych, obszarów o wartości archeologicznej, historycznej, kulturowej, ochrony powietrza. Muszą nią też być objęte złoża innych kopalin użytecznych, obszary źródliskowe, krajobraz, źródła mineralne, obiekty przemysłowe, zabytki, zasoby wód podziemnych, arterie wodne, wybrzeża morskie itp.

Działalność geologiczno-poszukiwawcza powinna mieć charakter wyprzedzający w stosunku do innych działalności człowieka na rozważanym obszarze, zwłaszcza do jego zamierzeń perspektywicznych.

Literatura:

1. Prawo geologiczne i górnicze. Ustawa z dnia 4 lutego 1994 r. - znowelizowana w 2001 r. (Dz.U. nr 27 z 1994 r. poz. 96, Dz.U. nr 110 z 2001 r. poz. 1190)

2. Gruszczyk H.: Metodyka poszukiwań złóż kopalin stałych. Wydawnictwa geologiczne. Warszawa 1975

3. Jackiewicz A.: Górnictwo, część I. Wydawnictwo Górniczo-Hutnicze. Katowice 1959

4. Nowak K., Kostrz J.: Górnictwo, część I. Wydawnictwo „Śląsk, Katowice 1989.

3

---