تحقیق مقاله معدن سنگ آهن داوران

چکیده

در معدن سنگ آهن داوران آثاری از رگه های آهن در جهت شمال به جنوب مشاهده شده، که لزوم انجام مطالعات اکتشافی در این منطقه را نشان می دهد. در راستای اکتشاف مقدماتی در این منطقه اقدام به برداشتهای ژئوفیزیکی شده است، که این برداشت طی 11 پروفیل شمالی-جنوبی و یک پروفیل عرضی انجام گرفته و تعداد نقاط برداشت شده 320 نقطه می باشد. در این گزارش سعی شده با استفاده از این داده ها، حدود گسترش رگه های آهن مشخص و راه برای مراحل بعدی اکتشاف و استخراج هموارتر گردد. لازم به ذکراست در حال حاضر  عملیات استخراج روی رخنمون آهن در حال انجام است.

نرم افزارهای مورد استفاده  برای انجام تفسیرهای ژئوفیزیکی عبارتند از :

نرم افزار Excel برای وارد کردن داده ها.

نرم افزار Surfer برای رسم نقشه های هم مقدار شدت میدان مغناطیسی.

نرم افزار Mag Pick برای رسم نقشه های ادامه فراسو، نقشه تبدیل به قطب و نقشه شبه گرانی.

نرم افزار Sign Proc برای ترسیم پروفیل های مشتق دوم، پروفیل تبدیل به قطب و پروفیل شبه گرانی.

نرم افزار Mag2dc برای مدلسازی در امتداد چند پروفیل که از روی آنومالی عبور می کند.

توسط روش پیترز عمق کانسار در امتداد پروفیل ها بدست آمده است که از آن افزایش عمق کانسار به سمت شرق نتیجه می شود. از عمق های بدست آمده برای مدل سازی کانسار استفاده شده است. طبق این مدلسازی ها کانسار به صورت رگه ای با شیب به سمت جنوب می باشد. با بهره گیری از مساحت و ضریب خود پذیری مغناطیسی کانسار در مدلسازی های انجام شده، ذخیره احتمالی کانسار با استفاده از روش مخروط ناقص 785 هزار تن با ضریب خود پذیری مغناطیسی متوسط 095/ (معادل 30% مگنتیت) بدست آمده است.

معدن سنگ آهن داوران

مقدمه:

معدن سنگ آهن داوران به لحاظ ساختار زمین شناسی هم خوانی خوبی با منطقه زرند

 (که از نظر منابع آهن غنی می باشد) دارد. این محدوده بر روی نقشه توپوگرافی رفسنجان قرار گرفته است. مساحت آن حدود 025/2 کیلومتر مربع بوده و در طول و عرض جغرافیایی ( "30 '35 ú30 و "5 '16 ú56) قرار دارد. شایان ذکر است که با استخراج ذخیره اندک آهن دارای رخنمون، بخش قابل توجهی از هزینه های اکتشاف پوشانده می شود.

این گزارش در شش فصل تنظیم شده است. در فصل اول خواص مغناطیسی سنگ ها و مغناطیس  زمین آمده است. در این فصل تاثیر کانی ها و سنگ های مغناطیس روی  بعد از وارد کردن داده ها در نرم افزار excel، این داده ها توسط نرم افزار surfer فراخوانی شده و نقشه هم مقدار شدت میدان مغناطیسی برای آن ترسیم می گردد. با استفاده از نرم افزار Mag Pick داده ها که قبلاً توسط Surfer گرید، و با پسوند GSASCII  ذخیره شده فراخوانی می شود و نقشه های اد امه فراسو Upward Continuation در ارتفاعات مختلف ترسیم می شود. همچنین توسط این نرم افزار  نقشه تبدیل به قطب Reduction To  Pole و نقشه شبه گرانی Pseudo Gravity  برای آن ترسیم می گردد. با فراخوانی داده های هر پروفیل در نرم افزارSign Proc  پروفیل های ادامه فراسو ترسیم می شود. همچنین ترسیم پروفیل تبدیل به قطب و شبه گرانی توسط این نرم افزار صورت می گیرد. بر روی پروفیل هایی که تبدیل به قطب آنها ترسیم شده است از روش پیترز می توان عمق کانسار را بطورتقریبی تخمین زد. با استفاده از نتایج این مرحله مدل سازی دو بعدی کانسار در امتداد چند پروفیل توسط نرم افزار Mag2dc انجام می گیرد.

فصل اول :

خصوصیات مغناطیسی سنگ ها

و مغناطیس زمین

1-1- خواص مغناطیسی کانی ها

ذرات باردار(مثبت یا منفی)در هنگام حرکت در اطراف خود میدان مغناطیسی به وجود

 می آورند و ذرات بار دار اتم ها و یون ها دارای سه نوع حرکت هستند :

حرکت چرخشی و گردشی پروتونها در داخل هسته های اتم

حرکت گردشی الکترونها در داخل اوربیتال ها

حرکت چرخشی الکترونها در داخل اوربیتال ها

از این سه نوع اثر گشتاور مغناطیسی نوع دوم و سوم به مراتب بیشتر از نوع اول

 می باشد و از آنجایی که در یک اوربیتال هر دو الکترون در خلاف جهت یکدیگر گردش می کنند اثر مغناطیسی آنها خنثی می شود و از این رو گشتاور مغناطیسی موثر یک اتم و یا یون متناسب با تعداد اوربیتال های نیمه پر آن ها است.              

1-1-1- کانی های  دیا مغناطیس

کانی هایی که اتم ها و یون های آن فاقد اوربیتال های نیمه پر باشد، به وسیله آهن ربا دفع می شود که در این صورت به آن ها کانی ها ی دیا مغناطیس می گویند.

رانده شدن این کانی ها را در میدان مغنا طیسی خارجی می توان چنین توصیف کرد که وجود اوربیتال های پر سبب می شود که گشتاور مغناطیسی در کانی تقریباً صفر گردد، اگر این اوربیتال ها ی پر به یک میدان مغناطیسی خارجی نزدیک شوند، قانون لنز در مورد آنها صدق خواهد نمود قانون لنز  می گوید اگر یک حلقه هادی به یک میدان مغناطیسی نزدیک شود، در داخل حلقه جریانی پدید می آورد که میدان مغناطیسی حاصل از آن با میدان خارجی مخالفت خواهد نمود.

هنگام نزدیک شدن اوربیتال های پر به یک میدان مغناطیسی خارجی سرعت یکی از اوربیتال ها کم و بر دیگری افزوده خواهد شد به طوری که مجموع گشتاور مغناطیسی آنها صفر نشده و گشتاور منتج در خلاف جهت میدان خارجی، عمل کرده که سبب رانش کانی در این میدان می شود.

چند نمونه از کانی هایی که دارای این خاصیت هستند عبارتند از :

کوارتزیت، فلوریت، هالیت و انیدریت.

1-1-2- کانی های پارامغناطیس

این دسته از کانی ها حاوی اوربیتالهای نیمه پر می باشند، ولی گشتاورهای حاصله از آنها به طور در هم و بر هم، در امتدادهای متفاوت قرار گرفته اند و در نتیجه اثر مغناطیسی

 آن ها تقریباً خنثی می شود و ظاهراً  هیچ خاصیت  مغناطیسی از خود نشان نمی دهند ولی اگر این کانی ها در میدان مغناطیسی خارجی قرار گیرند متناسب با شدت میدان خارجی، بعضی از این گشتاورها خود را در جهت گشتاور میدان خارجی قرار می دهند و سبب پیدایش گشتاور مغناطیسی القایی در کانی خواهند شد.

در نتیجه کانی های پارامغناطیس به طور ضعیفی جذب میدان خارجی خواهند شد و هر چه شدت میدان خارجی بیشتر باشد گشتاورهای بیشتری، خود را در جهت آن قرار داده و در نتیجه شدت میدان مغناطیسی القایی بیشتر خواهد شد.

1-1-3- کانی های فرومغناطیس

کانی هایی هستند که اگر در میدان مغناطیسی خارجی (H) قرار بگیرند، در آن ها میدان مغناطیسی القایی شدیدی به وجود می آید که شدت آن میلیون ها بار بیشتر از کانی های پارامغناطیس می باشد و چون سردسته این کانی ها آهن است، به آن کانی ها فرومغناطیس می گویند. در واقع گشتاورهای حاصله از یون های تشکیل دهنده این

 کانی ها، به طور انبوه در جهت گشتاور میدان خارجی قرار می گیرند و یک اثر، به نام تبادل اتصال که بحث آن در مکانیک کوانتوم می باشد، این گشتاور را به هم قفل

می کند، به طوری که بعد از حذف میدان خارجی تعداد زیادی از این اتصالات همچنان باقی می ماند و در نتیجه کانی های فرومغناطیس می توانند به صورت مغناطیس دائم درآیند و مغناطیس باقیماند حاصله از تبادل اتصال را به دو صورت   می توان از بین برد :

ایجاد یک میدان مغناطیسی خارجی در خلاف جهت میدان کانی  فرومغناطیس

افزایش درجه حرارت تا حد نقطه کوری آن کانی. دمای نقطه کوری برای

مگنتیت  و آهن  کبالت و نیکل می باشد.

1-1-4- خودپذیری مغناطیسی

هنگامی که میدان خارجی (H) همگن و گشتاور آن نسبت به خط عمود بر سطح جسم پارامغناطیس زاویه() بسازد، شدت مغناطیس شدن جسم مزبور برابر است با:

موقعی که گشتاور میدان خارجی () کاملاً عمود بر سطح جسم پارامغناطیس باشد، در این صورت رابطه به صورت I=KH نوشته می شود. در این رابطه K را ثابت تناسب و یا سپتبیلیته جسم پارامغناطیس مزبور می نامند و مقدار K برای خلاء و تمامی اجسام غیر مغناطیسی، برابر صفر می باشد. اجسام پارامغناطیس دارای(K) مثبت، اجسام دیامغناطیس دارای (K) منفی و اجسام فرومغناطیس دارای(K) مثبت خیلی بالا هستند باید توجه داشته باشیم، اثرات دیامغناطیس فقط در حضور میدان خارجی قابل مشاهده هستند و اغلب در کارهای اکتشافی، با میدان مغناطیسی خارجی نسبتاً ضعیف(میدان زمین) یعنی در حدود 5/0 اورستد و اجسامی با خواص مغناطیسی نسبتاً ملایم سروکارخواهیم داشت.

1-2- خواص مغناطیسی سنگ ها

می دانیم که سنگ ها از مجموعه کانی های مختلف تشکیل شده اند و بر حسب منشا

آن ها را به سنگ های آذرین، دگرگونی و رسوبی تقسیم می کنند.

اغلب اجزاء تشکیل دهنده سنگ ها دارای خاصیت مغناطیسی کم و یا خیلی کم

 می باشند به عنوان نمونه کوارتز، تعدادی از سیلیکاتها، آهک و آرژیل از تشکیل

دهنده هایی هستند که دارای خاصیت مغناطیسی بسیار ضعیف اند. به همین ترتیب

سنگ هایی مانند ژیپس، آهک و ماسه های خالص، دارای خواص دیا مغناطیسی ضعیفی هستند. تعداد دیگری از کانی های نسبتا فراوان و سنگ های رسوبی و کریستالین، به طور کلی در دسته اجسام پارامغناطیس قرار می گیرند. آرژیل و کانی های سنگ های بازیک مانند اوژیت، هورنبلند، اولیوین و سرپانتین از این دسته هستند. هماتیت و لیمونیت به طور ضعیفی دارای خاصیت مغناطیسی اند. نهایتاً مهمترین این سنگها آن هایی هستند که دارای درصد کم و بیش زیادی از مواد فرومغناطیس نظیر مانیتیت، ایلمنیت و پیروتین هستند. جدول (1-1) ضریب القاء مغناطیسی را برای تعدادی از کانی ها و سنگ ها نشان

 می دهد:

-3- مغناطیس باقیمانده

سنگهای دارای خاصیت مغناطیسی تقریباً همیشه پلاریزاسیون خود را از میدان مغناطیسی زمین کسب می نمایند، ولی در بعضی موارد نادر، مغناطیسی شدن ممکن است حاصل از رعد و برق باشد. اغلب پلاریزاسیون مغناطیسی سنگها از نوع القائی و جهت و شدت آن به وسیله جهت میدان و شدت میدان مغناطیسی وقت زمین تعیین می شود و موقعی که میدان مغناطیسی زمین تغییر نماید، جهت و مقدار مغناطیسی سنگ ها نیز تغییر می نماید. بعضی دیگر از سنگها  از خود مغناطیس باقیمانده نشان می دهند که مربوط به میدان فعلی زمین نیست، بلکه مربوط به میدان مغناطیسی دوران گذشته زمین(زمانی که این سنگها تشکیل شده اند)می باشند و اگر این سنگها آذرین باشند جهت مغناطیسی شدن همان جهت مغناطیسی وقت زمین خواهد بود و کانیهای فرومغناطیس(مثل مگنتیت)در این سنگها هنگام سرد شدن ماگما یا گدازه، در دمای پایین تر از نقطه کوری(نقطه ای که در آن دمای جسم خاصیت مغناطیسی خود را از دست می دهد) در امتداد میدان مغناطیسی وقت زمین پلاریزه می شوند. اگر جهت میدان زمین تغییر نماید، جهت گشتاور مغناطیسی باقیمانده همواره در همان جهت اولیه باقی می ماند که به آن مغناطیس باقیمانده حرارتی می گویند. بعضی مواقع در محیط های رسوبی آرام، دانه های مغناطیسی(مثل مگنتیت و ایلمنیت) در هنگام رسوب گذاری، در جهت گشتاور مغناطیسی وقت زمین قرار می گیرند و به همان صورت در داخل رسوبات باقی می مانند، بعد از تغییر جهت میدان زمین گشتاورهای باقیمانده آنها، همان جهت اولیه میدان زمین را در هنگام رسوب گذاری نشان خواهند داد که در این حالت به آن مغناطیس باقی مانده حاصله از رسوب گذاری

می گویند.

مغناطیسی شدن ثانویه هنگامی پیش می آید که کانیهای مغناطیسی اولیه در اثر دیاژنز و یا دگرگونی، مجدداً متبلور گردد و در جهت مغناطیس وقت زمین پلاریزه گردد. در این حالت به آن مغناطیس باقیمانده شیمیایی می گویند. وجود مغناطیس باقیمانده در داخل سنگها به دانشمندان کمک می کند تا بتوانند در رابطه با میدان مغناطیسی گذشته زمین مطالعه نمایند و درک صحیح تری درباره تاریخ زمین شناسی و تحولات زمین ساختی کره زمین به دست آورند. این گونه مطالعات را پالئومگنتیزم(دیرینه مغناطیسی) می گویند.]2[

1-4- مغناطیس زمین

کره زمین به صورت یک دوقطبی مغناطیسی بسیار بزرگ عمل می کند که جهت و مقدار این میدان در مکان های مختلف و زمان های مختلف تغییر می کند و این تغییر نسبت به زمان به صورت های قرنی و سالیانه و یا حتی فصلی هستند.

از طرفی میدان مشاهده شده در هر نقطه، مجموعی از مغناطیس زیر سطحی و مغناطیس میدان زمین است و در بررسی اکتشافی باید مقدار مغناطیس زمین را که به آن مقدار زمینه می گوییم، از مغناطیس مشاهده شده کسر کنیم و در واقع با داشتن مقدار زمینه میدان مغناطیسی، از بروز اشتباه در تفسیر ژئوفیزیکی جلوگیری کنیم. چون امکان دارد در یک نقطه بسته به جنس سازه ها، مغناطیس زمین زیاد باشد و هیچ ربطی به توده های مغناطیسی زیر سطحی نداشته باشد، در این بخش درباره مغناطیس زمین و مولفه های مربوط به آن و همچنین تغییرات این میدان صحبت می کنیم.

1-5- عناصر مغناطیسی زمین و خواص مشخصه آن ها

اگر یک سوزن مغناطیس بتواند حول یک محور از مرکز ثقلش در تمام جهات حرکت نماید در هر نقطه از سطح زمین در امتداد میدان مغناطیسی زمین (B) قرار می گیرد که

 می توان آن را به دو مولفه افقی (H) و قائم (Z) تجزیه نمود، زاویه بین بردارهای (B) و (H) را زاویه میل می نامند و آن را با (I) نشان می دهند با توجه به شکل (1-1) مولفه (H) را می توان به دو مولفه شرقی (Y) و شمالی (X) تجزیه نمود و زاویه بین مولفه  H و X را زاویه انحراف می گویند و آن را با (D) نشان می دهند. مقدارهای B , H , Z , X , Y , I , D  را عناصر مغناطیس زمینی می نامند و با توجه به شکل (1-1) رابطه زیر بین آنها برقرار است :

 (شکل در فایل اصلی موجود است)

شکل (1-1):نمایش شماتیک عناصر مغناطیسی زمین

صفحه قائمی که بردار های B , H , Z  را در بر می گیرد، اصطلاحاً نصف النهار مغناطیسی محلی زمین می گویند.

در نیم کره شمالی انتهای قطب شمال یاب سوزن مغناطیسی، به طرف داخل زمین متمایل می شود ودرست روی قطب مغناطیسی در نیم کره شمالی به حالت قائم در می آید.

در نیم کره جنوبی کاملاً بر عکس است و انتهای قطب جنوب یاب سوزن مغناطیسی  به طرف داخل زمین متمایل می شود  و درست روی قطب مغناطیسی در نیم کره جنوبی به حالت قائم در می آید.

از وصل نمودن نقاطی از سطح زمین که در آنها سوزن مغناطیسی کاملاً به حالت افقی است ( یعنی تمامی مولفه های B به صورت افقی می باشند ) خطی به دست می آید که استوای مغناطیسی نامیده می شود که تقریبا در امتداد استوای جغرافیایی قرار می گیرد و هر قدر از استوای مغناطیسی به سمت قطب مغناطیسی نزدیک شویم مقدار زاویه (I) افزایش خواهد یافت و در قطب های مغناطیسی مقدار آن به 90 درجه خواهد رسید. در واقع قطب های مغناطیسی مکانهایی هستند که مقدار زاویه میل برابر 90 گردد بردار (B) در نواحی استوایی حدود 25000 گاما و در قطبین مغناطیسی حدود 70000 گاما

 (نانو تسلا) خواهد بود.

قطبین مغناطیسی زمین حدود 18 درجه عرض جغرافیایی، نسبت به قطبهای جغرافیایی جابجایی نشان می دهند و خطی که دو قطب مغناطیسی را به هم وصل

 می کند تقریباً از 1200 کیلومتری مرکز زمین می گذرد.]2[

فصل دوم

کانسارهای آهن

واکتشاف و استخراج کانسار آهن داوران

2-1- منشاء، ویژگیهای ساختاری و خصوصیات سنگ آهن

شواهد باستان شناسی نشان می دهد که اولین کاربرد آهن به 4000 سال قبل از میلاد مسیح می رسد. با اینکه ایرانیان فلز آهن را می شناختند، این فلز تا 1000 سال پیش از میلاد چندان مورد استفاده نبوده است. با روی آوردن آریایی ها به ایران در اوایل هزاره اول پیش از میلاد کاربرد آهن نیز افزایش یافت که در حفاریها و کاوشهای باستان شناسان، کوره های ذوب آهن در نزدیکی تبریز یافت شده و در اطراف معدن آهن گل گهر سیرجان و معدن مس شیخ علی نیز شواهدی دال بر ذوب آهن در زمان های قدیم به چشم می خورد.

ذخیره ی قطعی آهن در دنیا 185 میلیار تن می باشد که حدود یک سوم این ذخیره در جمهوری های مشترک المنافع و کشور روسیه واقع شده است.

ذخائر معادن سنگ آهن ایران بالغ بر سه میلیار تن تخمین زده می شود و تولید سالانه آن بالغ بر 7 میلیون تن می باشد که به صورت عمده در فولاد سازی و تولید سیمان بکار

 می رود.] 4[