روش های نوین اکتشاف مواد معدنی: پیشرفت در اکتشاف مواد معدنی

مدت زمان مطالعه مقاله: ۱۰ دقیقه

نوشته شده توسط: گروه زمین پی جویان نگار

تاریخ انتشار مقاله: ۱۴۰۱/۱۲/۰۲

تاریخ به روزرسانی: 1402/04/10

اکتشاف مواد معدنی چیست؟

اکتشاف مواد معدنی فرآیند کشف و شناسایی ذخایر معدنی با ارزشی مانند فلزات گرانبها و سایر عناصر ارزشمند می باشد و در واقع فرآیند پیچیده ای است که شامل کار میدانی دقیق (مطالعات صحرائی) برای جمع آوری داده ها و تطبیق داده ها در یک نظریه قابل قبول می باشد. در پروژه اکتشافی میتوان با کمک روش های دقیق زمین شناسی، ژئوفیزیک و ژئوشیمیایی، مواد معدنی را شناسایی و داده های حاصل از آنها را در یک پایگاه داده مناسب مانند GIS ذخیره و پس از آنالیز، مدل سازی و تلفیق داده ها، مراحل بعدی یعنی حفاری، استخراج و فرآوری صورت می پذیرد.

تاریخچه و تکامل اکتشافات معدنی

معدنکاری به عنوان یکی از قدیمی ترین فعالیت های بشر دارای تاریخچه طولانی می باشد به طوریکه بشر در حدود ۴۵۰.۰۰۰ سال قبل معدنکاری را شروع کرده است. در ابتدا کاوشگران و یا اکتشاف گران از ابزارها و روش های ساده ای برای جستجوی مواد معدنی استفاده میکردند و با پیشرفت تکنولوژی، از روش های جدیدی مانند بررسی های زمین شناسی و روش های ژئوفیزیکی استفاده شدند. در قرن بیستم، پیشرفت های فناوری منجر به توسعه روش های مدرن اکتشاف مواد معدنی مانند سنجش از دور و نمونه برداری ژئوشیمیایی شد که این روش ها امکان اکتشاف مناطق وسیع تر و در عمق بیشتر را فراهم کرده است. امروزه، اکتشاف مواد معدنی با توسعه فناوری ها جدید به تکامل خود ادامه می دهد.

فرآیند اکتشاف مواد معدنی شامل مراحل زیر می باشد

پیش از شروع فرآیند پروژه اکتشافی، گام مهم و یا مرحله صفر جمع آوری اطلاعات مطالعات زمین شناسی و اکتشافی صورت گرفته در زمان های گذشته مورد نیاز است.

۱- برنامه ریزی اکتشاف و بررسی های شناسایی منطقه ای، با استفاده ازسنجش از دور، عکس برداری هوایی
و بررسی های ژئوفیزیکی هوابرد می باشد.

۲- اکتشاف و بررسی های صحرائی (مطالعات زمین شناسی صحرائی) که از طریق نقشه برداری زمین شناسی، مشاهده و برداشت واحدهای سنگی، سازندهای زمین شناسی و بررسی گسل های منطقه می باشد.

۳- استفاده از روش های ژئوفیزیکی برای شناسایی ساختارهای غیرقابل رویت که امکان دارد، حاوی مواد
معدنی با ارزش باشند.

۴- نمونه برداری ژئوشیمیایی برای اندازه گیری غلظت عناصر مختلف در سنگ ها و خاک ها و پوشش گیاهی
که می تواند نشان دهنده وجود کانی های ارزشمند باشد.

۵- پس از شناسایی ذخایر معدنی بالقوه، گام بعدی برنامه ریزی حفاری (گمانه، ترانشه و…) انجام می شود که فرآیندی پرهزینه ولی ضروریست چرا که تمامی داده های بدست آمده در مراحل قبلی برای مطالعات اکتشافی زیرسطحی نیاز به داده های بدست آمده از مطالعات مغره های گمانه های حفاری و یا داده های بدست آمده از نمونه برداری های ترانشه های اکتشافی دارد.

۶- در نهایت ورود داده های بدست آمده از مطالعات صحرائی مانند نمونه برداری های زمین شناسی، ژئوشیمیایی، ژئوفیزیکی، حفاری های اکتشافی، دورسنجی و آنالیز تصاویر پهپادی در پلتفرم GIS و انجام آنالیزهای گوناگون بر روی داده های اکتشافی و زمین شناسی در همین پلتفرم و یا پلتفرم های دیگر مثل Datamine، RockWorks و یا MATLAB. پس از انجام آنالیز های گوناگون بر روی داده های زمین شناسی و اکتشافی حال لایه های اطلاعاتی جهت مطالعات پیش امکان سنجی پروژه های اکتشافی و زمین شناسی ایجاد شده است. بر اساس لایه های اطلاعاتی اکتشافی ایجاد شده می توان مطالعات اقتصادی و برآورد هزینه های عملیاتی جهت بهره برداری از یک معدن را تحت عنوان طرح بهره برداری تدوین نمود که یکی از اسناد مهم جهت دریافت پروانه بهره برداری معادن می باشد.

مزایای اکتشاف مواد معدنی

تقریبا هر چیزی که ما هر رو در زندگی روزمره خود استفاده میکنیم نشات گرفته از مواد معدنی می باشد و به همین جهت تقاضا از مواد معدنی در حال افزایش می باشد. مهمترین مزیت اکتشاف مواد معدنی برای دولت ها می باشد که فرصتی را فراهم می کند تا از منابع طبیعی خود بهره مند شوند تا سبب رشد اقتصادی شده و به خودکفایی بیشتری دست پیدا کنند. به طوریکه با شناسایی مواد معدنی در اقصی نقاط کشور سرمایه گذاران بر روی منابع معدنی کشور سرمایه گذاری نموده و خروجی این سرمایه گذاری در بخش معدنی، تامین خوراک صنایع موجود و یا حتی ایجاد صنایع مدرن و جدید برای تولید کالاهای وارداتی می باشد. دولت ها  می توانند به جای تکیه بر واردات از منابع خودشان برای درآمدزایی و نیز ایجاد شغل استفاده کنند و همچنین اکتشاف می تواند به افزایش سرمایه گذاری در زیرساخت ها و توسعه فناوری ها جدید منجر شود.

اهمیت اکتشاف مواد معدنی

در دنیای کنونی اهمیت بالای مواد معدنی نسبت به گذشته بیشتر شده و لازم به برنامه ریزی صحیح جهت اکتشاف مواد معدنی می باشد. اهمیت اکتشاف مواد معدنی برای توسعه صنعت معدن و رشد اقتصادی کشورها ضروری است زیرا بدون اکتشاف مواد معدنی، کشورها نمی توانند به منابع طبیعی و معدنی خود دسترسی داشته باشند تا بتوانند وضعیت اقتصادی خود را ارتقا ببخشند. علاوه بر این، اکتشاف مواد معدنی به درک بهتر از محیط و تصمیم گیری های آگاهانه تر در مورد مدیریت منابع، حفاظت محیط طبیعی و حفاظت از تنوع زیستی کمک می کند. همچنین اکتشاف مواد معدنی به کشورها کمک می کند تا ذخایر معدنی خود را به شیوه ای مسئولانه و پایدار استفاده کنند. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که مقوله اکتشاف در مناطق مختلف جهان رویکردی کاملا پیشرونده داشته که بی شک منفعت دولت ها را به دنبال داشته است. زیرا در این بستر وجود اطلاعات پایه زمین شناسی مناسب با دسترسی آزاد سبب ایحاد ترغیب برای سرمایه گذاران داخلی و خارجی در آن کشور می شود. ذکر این نکته دارای اهمیت است که هیچ سرمایه گذاری در هیچ یک از بخش های صنعتی و معدنی یک کشور سرمایه گذاری نخواهد نمود مادامی که اطلاعات قوی ایی از آن بخش داشته باشد. اطلاعات بدست آمده از مطالعات اکتشافی و زمین شناسی می تواند طرح کسب و کار و یا سرمایه گذاری یک سرمایه گذار معدنی را تکمیل نماید.

نوآوری در اکتشاف مواد معدنی

از آنجایی که تقاضای جهان برای منابع معدنی همراه با رشد جمعیت، پیشرفت شهرنشینی و صنعتی شدن در روند صعودی است، صنعت معدن نیاز به کشف منابع بیشتری در پوسته زمین برای پاسخگویی به تقاضای فلزات و مواد خام دارد. از سوی دیگر، میزان کشف ذخایر جدید سنگ معدن در سال های اخیر تحت شرایطی مانند کاهش عیار سنگ معدن، مسائل زیست محیطی و غیره رو به کاهش بوده است. به همین دلیل، انتظار می رود که نوآوری های تکنولوژیکی در اکتشافات معدنی بیش از پیش، پایداری منابع تجدیدناپذیر را تضمین کند.
یکی از مهم ترین پیشرفت هایی که در سال های اخیر در زمینه اکتشاف صورت گرفته، استفاده از هوش مصنوعی می باشد که تفسیر، تجزیه و تحلیل داده های زیاد را به شیوه ای بسیار سریع تر و دقیق تر فراهم کرده است.

کاربرد نوآوری و روش های مدرن در اکتشاف ذخایر معدنی

در حال حاضر با در نظر گرفتن چالش های جهانی که مهم ترین آن اقتصاد و شرایط اقتصادی حاکم در کشورها است، عامل موفقیت در پروژه های  اکتشاف مواد معدنی و زمین شناسی استفاده از فعالیت های نوین می باشد. بررسی های ژئوفیزیکی، نمونه برداری ژئوشیمیایی، سنجش از دور و حفاری، روز به روز پیشرفته تر و دقیق تر از گذشته می شوند. در حال حاضر با در نظر گرفتن توسعه تکنولوژی در ابعاد گوناگون علی الخصوص در هوش مصنوعی، توسعه تکنیک های جدید تجزیه و تحلیل داده های اکتشافی و زمین شناسی مبتنی بر هوش مصنوعی، گامی حیاتی برای به دست آوردن بیشترین بهره از داده های اکتشافی در سطح کلان با هزینه کمتر و دقت بهتر می باشد.

تحولات فناوری در مطالعات زمین شناسی و اکتشافی

کاربرد هوش مصنوعی و تکنیک های داده کاوی امری اجتناب ناپذیر در مطالعات زمین شناسی و اکتشافی می باشند و در حال حاضر صرفا تمرکز بر روی یک تکنیک و علم جهت دستیابی به اهداف پروژه اکتشافی، کاری هزینه بر و دارای کیفیت پایین می باشد. شرکت های مطرح اکتشافی در جهان با ادغام علوم پایه مانند زمین شناسی با علوم مدرنی مانند هوش مصنوعی و روش های نوین داده کاوی نتایج اکتشافات خود را به مراتب با کیفیت بالا و هزینه های کمتر ارائه می دهند.

نوآوری های دیگر استفاده از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد یا Drone) برای بررسی های ژئوفیزیکی هوابرد مانند پهپاد مغناطیسی هوایی (ROVs) و پهپاد زیرآب (AUV) برای بررسی های دریایی به طور گسترده در اکتشاف مواد معدنی استفاده می شوند. این پهپادها کار جمع آوری داده های اکتشافی از مناطق دور افتاده و تصویربرداری با وضوح بالاتر را دارند که می توانند برای شناسایی ذخایر معدنی بالقوه به همراه کاهش هزینه ها و ریسک های مالی و جانی اکتشافی مفید باشند. در حال حاضر پهپادها در حوزه فناوری در حال تکامل هستند.

سامانه ماهواره ای ناوبری جهانی (System Satellite Navigation Global) (GNSS) شبکه ای از ماهواره ها است که اطلاعات زمانی و مداری خود را به گیرنده هایی در زمین، آسمان یا دریا مخابره میکند تا کاربر با تحلیل آن داده ها بتواند به موقعیت مکانی مدنظر خود در زمین، هوا یا دریا پی ببرد. برای این منظور، ماهواره های GNSS سیگنال هایی را به ایستگاه های گیرنده میفرستند که مشخص میکند ماهواره در آن لحظه در کدام نقطه است. چون موقعیت ماهواره ها در مدار کاملا مشخص است، کاربر با دریافت اطلاعات زمان و مدار ماهواره، میتواند موقعیت مدنظر خود در زمین را پیدا کند.
مهمترین کاربردهای سامانه ماهواره ای ناوبری جهانی شامل: مکانیابی (تعیین موقعیت کاربر در دنیا)، ناوبری (تعیین بهترین مسیر از یک نقطه به نقطه دیگر)، ردیابی (نظارت بر حرکت اشیاء در دنیا)، نقشه نگاری (ثبت نقشه از نواحی خاص)، زمان سنجی (محاسبه زمان دقیق در مقیاس چند میلیارد ثانیه) می باشد و در حال حاضر چند کشور در دنیا سامانه جهانی ناوبری ماهواره ای یا اصطلاحا GNSS مخصوص به خود را طراحی و راه اندازی کرده اند مانند:
GPS (سامانه ناوبری ماهواره ای، آمریکا)
GLONASS (سامانه ناوبری ماهوارهای، روسیه)
BeiDou ( سامانه ناوبری ماهوارهای، چین)
Galileo ( سامانه ناوبری ماهوارهای، اتحادیه اروپا)
QZSS ( سامانه ناوبری ماهوارهای، ژاپن)
IRNSS ( سامانه ناوبری ماهوارهای، هند)

در بخش زمین شناسی، تهیه نقشه های زمین شناسی ناحیه ای با دقت بالا و استفاده از روش های تجزیه شیمیایی و ایزوتوپی به منظور تعیین ارتباط بین کانی سازی و تحولات زمین شناسی در مقیاس منطقه ای، تهیه نقشه های زمین شناسی موضوعی، تهیه نقشه های زمین شناسی منطقه ای با دقت بالا، بکارگیری مطالعات ماگماتیزم، تکتونیک و زمین شناسی ساختمانی توسط متخصصان با اهداف اکتشافی به صورت دیجیتال و مدل های سه بعدی باعث افزایش دقت و کاهش زمان و هزینه شده است.

روش سنجش از دور (دورسنجی و یا Remote Sensing) که با مطالعه داده های حاصل از تصاویر ماهواره ای در تشخیص کانی ها، زون های آلتراسیون، ساختمان های زمین شناسی و تکتونیکی که میتواند به طور تقریبی وجود ذخایر معدنی و اندازه گیری میزان آن ها از حفاری را تایید کند.

بررسی های ژئوفیزیکی شامل روش لرزه ای، الکترومغناطیسی، گرانشی و روش های سریع و مقرون به صرفه نظیر SkyTEM, LiDAR, GyroLAG و روش های درون چاهی بخش دیگری از تحولات فناوری در ژئوفیزیک اکتشافی می باشد که برای شناسایی ساختارهای غیرقابل رویت که حاوی ذخایر معدنی استفاده میشود.

روش نمونه برداری ژئوشیمیایی جهت جمع آوری، تجزیه و تحلیل نمونه ها از سطح، زیرسطح خاک و سنگ و امکان تجزیه با دقت میلی گرم درتن، روش های تخریب متفاوت نمونه های ژئوشیمیایی، کاهش زمان تجزیه و در مواردی امکان استفاده از دستگاه های تجزیه قابل حمل و امکان تعبیر و تفسیر سریع داده ها به کمک نرم افزارهای تخصصی و به اشتراک گذاری سریع نتایج تاثیر زیادی در موفقیت های اکتشاف ژئوشیمیایی جدید به ویژه در نواحی دور افتاده داشته است که نیز برای تعیین وجود ذخایر معدنی بالقوه می باشد.

در بخش حفاری، امکان استفاده از روش های حفاری هدایت شونده، ماشین آلات حفاری مدرن و تکنولوژی محوری که امکان اجرای حفریات سطحی و عمقی را همزمان داشته و امکان جابجایی سریع دارند که باعث کاهش زمان و هزینه های حفاری در مرحله حفریات اکتشافی شده است.

استفاده از نرم افزارها و روش های سامانه جغرافیایی و انتقال داده ها به میزان ترابایت در دقیقه امکان دریافت پیوسته داده ها، تعبیر و تفسیر و به اشتراک گذاری داده ها و دستاوردها را فراهم کرده است (همانند WebGIS و دیگر داشبوردهای نظارتی و اجرایی اطلاعات زمین شناسی و اکتشافی).

در نهایت، پیشرفت هایی در مدلسازی و تجسم سه بعدی وجود دارد که مهندسین معدن و زمین شناسان با تفسیر مدل ساختار و زمین شناسی معادن با استفاده نرم افزارهای Leapfrog ،GOCAD ،MapInfo ،Mapper ER، ArcGIS و FracSIS ،Gemcom ،DataMine و Surpac .

مدل های دوبعدی و سه بعدی از سطح و درون زمین را طراحی میکنند که می تواند میزان تخمین ذخایر زمین شناسی، برنامه ریزی اکتشاف را سرعت ببخشد.

مزایا و معایب روش های مدرن اکتشاف مواد معدنی

مزایای روش های مدرن اکتشافی زیاد می باشد به طوریکه در روش های نوین و مدرن اکتشافی دیتاهای مربوط به ذخایر معدنی را دقیق تر، در مدت زمان کمتر و در پوشش وسیع تر نسبت به روش های سنتی می توان مورد بررسی قرار داد و به راه حل اکتشافی مورد نظر رسید. اکتشاف مواد معدنی مستلزم سرمایه گذاری های زیاد، جریان نقدی پایدار و زمان قابل توجهی با ریسک مدیریت شده می باشد این در حالیست که روش های مدرن اکتشافی به همراه روش های سنتی و یا روش های سنتی ارتقا یافته مانند حفاری اکتشافی تلفیق شوند تا با یک الگوی شبکه ای برنامه ریزی شده بتوان ارزیابی کیفیت، کمیت و قابلیت اطمینان نتایج بدست آمده از روش های نوین و مدرن اکشتافی مانند دورسنجی و یا تلفیق داده های زمین شناسی را مورد بررسی قرار داد و به راه حل های مطلوب اکتشافی جهت دستیابی به ذخیره معدنی با در نظر گرفتن سه اصل زمان، منابع و هزینه رسید.
به طور کلی در کنار تمام مزیت های روش های مدرن مانند بالاتر رفتن کیفیت نتایج و شناسایی دقیق تر مناطق مستعد کانه زایی با وسعت مطالعاتی بالا همچنان این روش ها جهت راستی آزمایی و افزایش اعتبار نتایج نیاز به تلفیق با دیگر روش های اکتشافی و زمین شناسی دارند. همچنین در ایران جهت ارائه پروپوزال پروژه به کارفرما همچنان این دیدگاه وجود دارد که این روش ها هزینه های بالایی را به کارفرما تحمیل می کنند که در یک حساب سر انگشتی هزینه های دفتری و مطالعات تکنولوژی محور نسبت به هزینه های مطالعات صحرائی که به تنهایی و بدون استفاده از نتایج مطالعات دفتری تکنولوژی محور صورت می گیرد، کمتر می باشد.

آینده اکتشاف مواد معدنی

اکتشاف مواد معدنی آینده روشنی دارد و همانطور که تکنولوژی به پیشرفت خود ادامه می دهد، روش های اکتشاف مواد معدنی نیز پیشرفت خواهند کرد. استفاده از هوش مصنوعی برای تفسیر داده ها، پهپادها و مدل سازی سه بعدی برای جمع آوری دقیق داده ها افزایش خواهد یافت. علاوه بر این، تمرکز بر توسعه فناوری های جدید برای شناسایی ذخایر معدنی عمیق تر و دورافتاده تر خواهد بود.
ناگفته نماند که فناوری های نوین فوق را نمی توان به تنهایی استفاده کرد، بلکه باید وابسته به مورد به صورت سنجیده و در برخی موارد در ترکیب با روش های سنتی استفاده شوند. مهمتر از همه، یکپارچگی مفهومی باید برقرار باشد، به طور مثال تفسیر داده های ژئوفیزیکی و مدل ذخیره باید به گونه ای ارائه شود که سازگاری بین مدل فرضی ذخیره، دانش زمین شناسی و داده های ژئوشیمیایی به دست آمده در زمین حفظ شود و حتما باید این موارد با مشاهده در سرزمین همراه باشد.

نتیجه

اکتشاف مواد معدنی یک فرآیند ضروری برای توسعه صنعت، معدن و رشد اقتصادی کشور عزیزمان ایران است. روش های مدرن اکتشاف مواد معدنی، دقیق تر و امکان اکتشاف مناطق بزرگتر را در مدت زمان کوتاهتری برای بخش معدنی ایران فراهم میکنند. در سال های اخیر در بخش مهندسی معدن کشور ایران نوآوری های متعددی صورت گرفته که دقت و کارایی اکتشاف مواد معدنی را بهبود بخشیده اما باید در نظر بگیریم تکنولوژی ثانیه به ثانیه در حال پیشرفت می باشد و شرکت های بزرگ معدنی و اکتشافی جهان این امر را در فعالیت های خود گنجانده اند. همانطور که تکنولوژی به پیشرفت خود ادامه می دهد، پیشرفت در روش های اکتشاف مواد معدنی نیز منجر به آینده روشن تری برای بخش معدن و صنعت های وابسته به آن می شود.

ما در شرکت زمین پی جویان نگار با تکیه بر مهندسین مجرب خود و همچنین بر اساس الگو برداری از روش های نوین استفاده شده در بخش اکتشافات معدنی کشور های توسعه یافته در حال به روز رسانی خدمات خود و ارائه خدمات نوین و تکنولوژی محور در کشورمان هستیم.

در زمین پی جویان نگار هر پروژه اکتشافی روش های اکتشافی و زمین شناسی منحصر خود را دریافت می نماید. جهت کسب اطلاعات بیشتر با ما از طریق ارتباط با ما در تماس باشید.