مروری بر پیشرفت‌­های جدید جهان در اکتشاف ذخایر پنهان

به گزارش می متالز، از آن روز تا به حال بشر در جستجوی منابع معدنی بوده و روش‌هایی را برای شناسایی و استحصال آن‌ها ابداع کرده است. این روش‌‌ها همراه با گذشت زمان و پیچیده‌تر شدن مدل‌‌های معدنی پیشرفت کرده تا بتوانند پاسخگوی نیاز‌های بشر باشند. با مصرف منابع معدنی سطحی و ذخایری که با فناوری‌‌های اکتشافی ساده‌تر شناسایی شده بوده‌اند، انسان امروزی رو به سوی پیدا کردن متدهایی آورده که بتواند ذخایر عمیق‌تر و پوشیده شده در زیر لایه‌‌های جوانتر را پیدا کند.

معادن پنهان اصطلاحی است که برای معرفی نوعی از ذخایر معدنی به‌کار می‌رود که عموما توسط نهشته‌‌های جوانتر پوشیده شده‌اند و شناسایی روش‌‌های اکتشاف این ذخایر خصوصا در حوزه اکتشافات ژئوشیمیایی یکی از چالش‌‌های مهمی ‌بوده است که محققان بین سال‌‌های 2010 تا 2020 به آن پرداخته‌اند.

فعالیت‌‌های جهانی

در دهه‌ی گذشته برای توسعه فناوری‌‌های اکتشافی ذخایر پنهان، پروژه‌‌های نوینی در جهان انجام شده است که مهمترین آن‌ها به شرح زیر می‌آید:

1- آمریکای شمالی؛ که عمدتا مربوط به روش‌‌های اکتشافی جدیدی است که در مرکز تحقیقات معدنی دانشگاه بریتیش کلمبیا (MDRU) در کانادا انجام شده است. این روش‌‌ها اکثرا بر روی این موضوع متمرکز شده‌اندکه با استفاده از چه تکنیک‌هایی می‌توان از فاصله‌ی دور (ده‌‌ها کیلومتر) یک ذخیره‌ی معدنی را شناسایی کرد. این تکنیک‌‌ها دو دسته‌اند:

1-1- روش‌هایی که می‌توانند نشان دهند که اصلا در منطقه‌ مورد مطالعه یا نواحی مجاور و عمیق‌تر آن هیچ اثر معدنی وجود دارد یا خیر؟

2-1- روش‌هایی که با استفاده از آن‌ها می‌توان جهتی را که ذخیره‌ی معدنی قرار گرفته است شناسایی کرد. یعنی نشان می‌دهند برای اکتشاف این ذخیره باید به کدام سمت حرکت کرد.

پروژه‌ای مثل (CIMC Footprint Project,2018) یا شناسایی اثرات معدنی در اطراف معدن سرچشمه‌ی ایران (2020 ) از جمله این کار‌ها هستند.

2- استرالیا؛ بیشتر مربوط به مطالعاتی است که در مرکز پژوهش فن­آوری­‌های اکتشاف عمیق (DET CRC) و همچنین برنامه UNCOVER در استرالیا صورت گرفته است Noble and Christie, 2015)). یکی از اهداف اصلی این پروژه‌‌ها این است که از روی مطالعه‌ی گیاهان سطحی به امکان وجود ذخیره‌ی معدنی در عمق پی برد.

3- چین؛ در اوایل قرن 21، تحقیقات چین بیشتر برروی گاز‌های زمینی (Geogas) متمرکز بوده است، که در واقع گازهایی هستند که از فعل و انفعالات بخش‌‌های عمیق تر نتیجه شده و از سطح زمین خارج می‌شوند. با استفاده از این روش سعی شده است که با آزمایش بر روی گاز‌های زمینی بتوان ذخایر عمیق را شناسایی کرد. بعد‌ها که ذرات نانو کشف شدند مطالعه همزمان بر روی این ذرات به عنوان یک ردیاب ذخایر عمیق انجام شد.

این روش از تکنیکی استفاده می­‌کند که در آن ذرات نانوی فلزات اکسیدی، سولفیدی، سیلیکاتی و آلیاژی که توسط میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد ارزیابی قرار می­‌گیرند، گرداوری می­‌شوند. در این متد مستقیما در حین خروج هوا از خاک، ذرات را در اسید حل می­‌کند. بر طبق تحقیقی که توسط Wang et al., (2007) صورت گرفت، فرض براین است که این انتقال به شکل گازی (Geogas) رخ می­‌دهد. تحقیقات (Anand et al., 2017) نشان می­‌دهد که ارتباط میان ذرات طلا در مقیاس نانو و مواد طبیعی در پیزولیت­‌‌ها نشان­‌دهنده یک پیوند بیولوژیکی یکپارچه است.

تاثیر پیشرفت علم و فناوری بر اکتشاف در دهه‌ گذشته

پیشرفت روش‌‌های اکتشافی جدید مدیون زمینه‌‌های مختلفی است که در پرتو توسعه علم و فناوری به وجود آمده‌اند:

1-تشخیص و درک مکانیسم‌‌های جابجایی فلزات؛ اخیرا پیشرفت‌‌های قابل­توجهی در درک نقش پوشش گیاهی و واکنش آن با سطح ایستابی آب صورت گرفته که سبب شناسایی دقیق‌تر چرخه فلزات حاصل از این واکنش در نزدیکی سطح زمین شده است. علاوه بر آن رابطه بین فراوانی عناصر با تغییرات کانی‌شناسی و نوع رگچه‌‌ها با تغییر فاصله از مرکز اصلی کانی سازی به دست آمده است (Halley 2015) .همچنین اطلاعاتی از تاثیر باکتری‌ها، قارچ‌‌ها و بی‌­مهرگان نیز در نواحی پوشیده شده به دست آمده که البته در مقایسه با دانسته‌‌های مربوط به پوشش گیاهی محدودتر است.

2-روش‌‌های سریع برای انجام آنالیز‌های شیمیایی؛ از مدت‌‌ها قبل، دستگاه (XRF) قابل حمل یکی از ابزار‌های اندازه‌گیری سریع و ارزان عیار عناصر محسوب می‌شد و عمدتا در کمپ‌‌های صحرایی زمین شناسی مورد استفاده قرار می‌گرفت . امروزه علاوه بر اینکه کیفیت این دستگاه‌‌ها به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کرده است با اضافه شدن انواع دوربین­‌ها، محدودکننده‌‌های پرتویی، امکانتبادل بی سیم اطلاعات و جی پی اس اهمیت کاربردی آن‌ها بیشتر شده است. حسن این دستگاه­‌ها در این است که می‌توانند خیلی سریع و ارزان نمونه‌‌های پرعیارتر را از نمونه ‌های کم عیارتر جدا کنند. در نتیجه هم سرعت کار بیشتر می‌شود و هم هزینه‌‌ها کاهش پیدا می‌کند. لازم به ذکر است که استفاده‌ی از XRF قابل حمل برای انجام یک پروژه‌ی اکتشافی تفصیلی کافی نیست و تنها به عنوان ابزار برای غربالگری و متمایز کردن نمونه‌­‌های با کیفیت بالا از نمونه­‌‌های با کیفیت پایین­تر مورد استفاده قرار می‌گیرند، تا بعدا آنچه در این مرحله غربال شده است به وسیله دستگاه‌­‌های تجاری استاندارد با (روش انحلال چهار اسید یا تیزاب سلطانی)، ICP OES و/یا ICP MS تجزیه شوند.

 به رغم اینکه توانمندی دستگاه fp XRF در اندازه گیری طلا با عیارهایی در حد ppb (قسمت در بیلیون)، که اغلب در فرایند اکتشاف با آن رو به رو هستیم ضعیف است، اما متخصصین در تلاش هستند که با پیشرفت این دستگاه تشخیص طلا در ppb ‌های کم نیز میسر گردد.

در زمینه اکتشاف مواد معدنی فناوری­‌‌های قابل حمل صحرایی دیگری مانند دستگاه XRD (پراش اشعه X)، LIBS (طیف­سنج فروشکست القایی- لیزری) و SWIR (طیف سنج مادون قرمز- موج کوتاه) نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد LIBS از آن جهت که توانایی تشخیص عناصر سبکی از قبیل لیتیوم، آلومینیوم، منیزیم را دارد که به وسیله fpXRF امکان­پذیر نیست، بسیار حائز اهمیت است. اخیرا افزایش تقاضای جهانی برای عنصر لیتیوم به کاربرد بیشتر این روش منجر شده و زمینه­‌ی گسترش هر چه بیشتر آن را فراهم آورده، به گونه‌­ای که حتی انتظار می­‌رود در آینده سطح استفاده از این روش به fpXRF نیز برسد.

توسعه و پیشرفت دستگاه‌­‌های طیفی FIR دستی (مادون قرمز دور) راه ورود آن‌ها به بازار‌های جهانی را هموار ساخته است. مزیت قابل­ ملاحظه­‌ی این دستگاه‌‌ها تجزیه و تحلیل فاز‌های سیلیکاتی است که با استفاده از ابزار‌های با طول موج کوتاه­تر امکان پذیر نیست.

3-دسترسی وسیع تر به داده­‌ها و امکان یکپارچه سازی آنها؛ مقالات و متون علمی ‌متعددی در زمینه‌ی ارزیابی داده­‌ها منتشر شده است که عمدتا متکی بر ریاضیات پیشرفته هستند (بطور مثال: Zou and Carranza , 2016, و مقالات آنان در این زمینه). همچنین در دهه گذشته، نرم­‌افزار‌های تجاری مانند Iogas، روش‌‌های پیشرفته‌ی آماری را برای تجزیه و تحلیل حجم بالای داده‌‌ها فراهم کرده‌اند که به انجام پروژه‌‌های اکتشافی کمک می‌کند و سبب می‌شود که در انجام این پروژه‌‌ها امکان پردازش ابر داده‌‌ها (Megadata) تسهیل گردد.

4- نوآوری در روش‌‌های آزمایشگاهی؛ آزمایشگاه‌‌ها هم در حال پیشرفت هستند. پیشرفت­‌ها و نوآوری­‌های پیوسته در فناوری طیف­سنجی جرمی، منجر به دقیق‌تر شدن این دستگاه و کاهش حد آشکارسازی به مقادیری بسیار کمتر از فراوانی­‌های طبیعی(background) مشاهده شده در خاک، سنگ و آب است.

 در گذشته با استفاده از دستگاه XRF mapper و همچنین مدل پیشرفته‌تر دستگاهی به نامMaia Mapper که در موسسه‌ی معروف CSIRO در استرالیا مورد استفاده قرار می‌گیرد نگاشت (mapping) عنصری کانی‌‌ها با وضوح معمولی قابل انجام بود. اما اخیرا پیشرفت‌هایی انجام شده است که با استفاده از فناوری Syncrotron) ( می‌توان این بررسی‌‌ها را در حد میکرون هم انجام داد. متد‌های دیگر از قبیل QEMESEM/MLA و Laser ablation ICP-MS نیز روز به روز در اکتشافات کاربرد بیشتری پیدا می‌کنند.

با پیشرفت فناوری، یکی از ابزارهایی که کاربرد زیادی در مطالعه‌ی کانی‌‌های سنگین پیدا کرده است دستگاه تجزیه آزاد سازی مواد معدنی یا همان MLA است. با اضافه نمودن برنامه‌‌های کاربردی به این دستگاه می‌توان کانی‌‌های سنگین را به صورت اتوماتیک آنالیز کرد (Wilton et al., 2016). یکی از پیشرفته ترین کاربرد‌های MLA در صنعت توسط شرکت بین‌المللی ریو تینتو انجام شده است. این شرکت دستگاه MLA را به دستگاه LA-ICP-MS متصل نموده است و نتایج دقیق و مفیدی در اکتشافات ژئوشیمیایی به دست آورده است (Agnew, 2014).

روش‌‌های اکتشاف در مناطق خشک

متناسب با اقلیم‌‌های مختلف سرزمینی روش‌‌های اکتشافی هم تفاوت پیدا می‌کند. چنانکه در نواحی جنگلی، یخچالی، خشک و دریاچه‌‌ها این روش‌‌ها باهم فرق دارند. با توجه به اینکه شرایط اقلیمی ‌ایران غالبا از نوع خشک است در اینجا به مروری بر کاربرد روش‌‌های نوین در مناطق خشک اکتفا می‌شود. ایران، استرالیا، شیلی، جنوب پرو، جنوب غربی ایالات متحده امریکا و چین مناطق عمده خشک جهان هستند که امروزه برنامه‌­‌های اکتشافی در حال اجرا دارند. در این مناطق ذخایر معدنی عمدتا در زیر پوششی از نهشته‌­‌های آبرفتی یا بادی ضخیم تا حوضچه‌­‌های عمیق مملو از رسوبات واریزه­ای پنهان شده‌اند. در طی دهه گذشته جستجو در زیر این پوشش‌‌ها -که بیشتر موادی سست وغیر متراکم‌اند - چالشی در فعالیت‌‌های اکتشافی بوده است.

در استرالیا پروژه ای تحت عنوان AMIRA که برنامه همکاری مشترکی بین صنایع مختلف بود انجام شده و در طی آن آناند و همکارانش مجموعه‌ای از مدل‌‌ها را برای شناسایی آنومالی‌‌های ژئوشیمیایی در نواحی هوازده و پوشیده ارائه کرده‌اند. در مدل‌‌های (Anand et al,2014) و(Anand et al ,2016) اساس نتیجه‌گیری‌‌های اکتشافی بر این فرض استوار است که واکنش گیاهان با سطوحی از آب زیر زمینی که در تماس با نواحی کانی سازی هستند و یا این واکنش با سطوح قدیمی‌آب‌‌های زیرزمینی که امروزه آنومالی‌ هایی از تجمع فلزات را در برگرفته‌اند می‌تواند نشانه‌هایی از وجود ناهنجاری‌‌های ژئوشیمیایی را ارائه کند.

تحقیق و کاربرد تکنیک­‌های اکتشافی جهت بررسی رسوبات در شمال شیلی نشان می­‌دهد که موفقیت‌هایی در زمینه شناسایی تشکیل کانسار پورفیری Inca de Oro از طریق مطالعه‌ی رسوبات نابرجای بالای آن به دست آمده است (Soto, 2010; Luca, 2012; Lopez, 2014). همچنین تحقیقات دیگری نشان می­‌دهد که حرکت فلزات به آب­‌های زیرزمینی، (Leybourne and Cameron, 2008; Soto, 2010) و حرکت آب­‌های زیرزمینی به سطح زمین از خلال شکستگی­‌ها (Leybourne et al., 2013) اطلاعاتی از ذخایر عمیق را با خود به سطح زمین حمل می‌کنند و در دسترس اکتشافگران قرار می‌دهند. علاوه بر آن یکی دیگر از نشانه‌هایی که می‌تواند برای اکتشاف کانسار‌های عمیق مس مورد استفاده قرار گیرد بالاتر بودن مقادیر ایزوتوپی مس در آب‌‌های زیرزمینی مجاور این کانسارهاست، اگر آب‌‌های زیرزمینی در مجاورت لایه‌ی کالکوسیتی قرار داشته باشند مقادیر ایزوتوپی مس در آن‌ها بیشتر هم خواهد بود (Mathure et al., 2014).

از آنجا که کشور شیلی مشخصا تحقیقات خود را بر روی رسوبات نا برجا در مناطق خشک و بیابانی متمرکز کرده است، لذا نتایج این تحقیقات در مناطقی مانند ایران که از لحاظ تکتونیکی فعال محسوب می‌شوند قابل استفاده است.

علاوه بر آن مطالعات هیدروژئوشیمیایی فراوانی نیز در مقیاس منطقه­ای در شیلی (Jorquera et al., 2014) و استرالیا (de Caritat et al., 2005; Gray et al., 2016; Noble et al., 2011) در قالب پروژه ‌های کوچک انجام شده که تلفیق آن‌ها منجر به تهیه نقشه‌­‌های هیدروژئوشیمیایی در مقیاس قاره­ای شده است.

در ایران همکاری مشترک بین معاونت پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی‌کرمان، امور تحقیقات شرکت ملی صنایع مس ایران و مرکز تحقیقات معدنی دانشگاه بریتیش کلمبیا (MDRU) منجر به مطالعه‌ی Footprint معدن مس سرچشمه به عنوان اولین مدل جهانی واقع بر کمربند تتیس  برقرار شده است (Aletaha and Bouzari, 2020). از این جهت ایران در انجام این نوع مطالعات نسبت به سایر کشورهایی که بر روی کمربند مس زایی تتیس قرار دارند، پیش قدم بوده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که آثار کانی سازی ذخیره مس پورفیری سرچشمه حداقل تا فاصله بیش از شش کیلومتر از محل معدن قابل مشاهده است. این آثار شامل تغییرات کانی شناسی درنواحی دگرسان شده، طبقه‌بندی رگچه‌‌های مختلف حاصل از فعالیت سیستم هیدرو ترمال در فواصل مختلف از کانسار، تغییرات دانسیته‌ی درزه‌‌ها و خاصیت مغناطیسی سنگ‌‌ها با فاصله گرفتن از معدن و تغییرات جزیی در میزان عناصر شیمیایی در رابطه با موقعیت مکانی نسبت به کانسار است که می‌تواند الگوی مناسبی برای اکتشاف ذخایر پنهان نه تنها در ایران بلکه در کل کمربند مس زایی تتیس باشد.

عضو هیات علمی مدعو و محقق مرکز تحقیقات معدنی در دانشگاه بریتیش کلمبیا