การสำรวจแหล่งแร่: บทบาทของนักธรณีวิทยา

แร่เศรษฐกิจ คือแร่ที่มีคุณค่าและสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมได้ เช่น ทองคำ เงิน เหล็ก เนื่องจากแร่มีค่าเหล่านี้ไม่ได้มีอยู่ทั่วไป การตามหาแหล่งแร่จึงเริ่มต้นจากการสำรวจภาคสนามโดยนักธรณีวิทยา การสำรวจก่อนที่จะเป็นเหมืองแร่สามารถแบ่งเป็น 5 ขั้นตอน ได้ดังนี้

(1) การสำรวจขั้นต้น (2) การสำรวจขั้นละเอียด (3) การเจาะหลุมสำรวจ (4) การหาปริมาณสำรอง (5) การศึกษาความเป็นไปได้ของการทำเหมืองแร่และผลกระทบทางสิ่งแวดล้อม

1 การสำรวจขั้นต้น

เริ่มต้นจาก การศึกษาข้อมูลทางธรณีวิทยา ธรณีฟิสิกส์ ภาพถ่ายทางอากาศ โครงสร้างทางธรณีวิทยา และการแปลความหมายทางธรณีโครงสร้างที่เหมาะแก่การเกิดแหล่งแร่ โดยขั้นตอนทั้งหมดนี้ เป็นการคาดการณ์อย่างมีหลักการ เพื่อนำไปสู่การลงพื้นที่สำรวจ นักธรณีวิทยาต้องลงพื้นที่ เพื่อไปเก็บข้อมูลเพิ่มเติม วิธีการทั่วๆ ไป ที่ง่าย ใช้เวลาน้อย แล้วค่อนข้างได้ผล คือ

• ตรวจสอบว่า ประเทศนั้นๆ มีกฎหมายว่าด้วยการสำรวจหรือไม่ บางประเทศถึงแม้จะเป็นการสำรวจขั้นต้น ก็ต้องขออนุญาตจากรัฐบาล รวมไปถึงอาจจะต้องนำคนของรัฐบาลนั้นๆ ติดตามไปด้วยทุกครั้ง

• เก็บตัวอย่างหินโผล่ ทำแผนที่แสดงตำแหน่งจริงของหินโผล่นั้นๆ พร้อมทั้งเก็บตัวอย่างหิน ที่น่าสนใจ สำหรับขั้นตอนการวิเคราะห์หาแร่ธาตุหลักพร้อมความหนาแน่นของปริมาณแร่

• เก็บตัวอย่างหินลอย (ก้อนหินที่หลุดจากหินโผล่) พร้อมทั้งทำแผนที่แสดงตำแหน่งหินลอยนั้นๆ รวมไปถึงการเก็บตัวอย่างที่น่าสนใจ สำหรับกระบวนการวิเคราะห์หา แร่ธาตุหลักพร้อมความหนาแน่นของปริมาณแร่ ตัวอย่างหินลอยอาจจะมีประโยชน์ในกรณีที่เราไปเจอตัวอย่างหินโผล่แหล่งๆ หนึ่งที่มีลักษณะเดียวกัน เราอาจจะได้ข้อมูลการพัดพา รวมไปถึงทิศทางของการพัดพานั้นๆ

• เก็บตัวอย่างของตะกอนทางน้ำ (แม่น้ำลำธาร) ขั้นตอนนี้ จะเก็บตัวอย่างตะกอนทางน้ำสาขาหลัก เพื่อจะประเมินภาพรวมของแหล่งแร่ และหาว่าบริเวณไหนมีแร่ชนิดไหน รวมไปถึงความหนาแน่นของปริมาณแร่นั่นๆ พื้นที่ที่เก็บตัวอย่างจะถูกกำหนดให้เป็นพื้นที่ตัวแทน โดยมีขอบเขตแน่ชัดสำหรับการวางแผนเก็บตัวอย่างตะกอน ว่าทิศทางการไหลของตะกอนทั้งหมดในพื้นที่ตัวแทน จะไม่ไหลไปทางพื้นที่อื่นๆ พื้นที่ตัวแทนอาจจะครอบคลุมพื้นที่ 1-5 ตารางกิโลเมตร ขึ้นอยู่กับความละเอียดของผลที่ต้องการ

สิ่งคำคัญคือ ต้องทำการเก็บตัวอย่างตะกอนให้ถูกวิธี กำหนดว่าตะกอนที่เก็บต้องเป็นตะกอนขนาดไหน โดยปกติจะเก็บตะกอนที่มีขนาดเล็กกว่า -250 เมซ (1 เมซ คือ 1 ตารางนิ้ว ดังนั้น 250 เมซ ก็คือ 250 ช่อง ใน 1 ตารางนิ้ว) ตะกอนที่เก็บต้องเป็นตะกอนเก่า ไม่ใช่ตะกอนใหม่ ดังนั้นอาจจะต้องมีการขุดหน้าดิน หรือตะกอนปกคลุมทิ้งก่อนทำการเก็บตัวอย่างในขั้นตอนนี้ ในขณะเดียวกันก็จะทำการดูการกระจายตัวของแร่หนักในเบื้องต้น รวมไปถึงการกำหนดระยะทางการไหลของแร่นั้นๆ จากเกร็ดแร่ที่ทำการเรียงได้ ว่าอยู่ไกล ใกล้แค่แน่

• เช็คข้อมูลโครงสร้างของพื้นที่ เพื่อสนับสนุนว่า โครงสร้างขนาดใหญ่ที่ ได้แปลความหมายก่อนที่จะลงพื้นที่นั้น มีความถูกต้องแค่ไหน ทิศทางโครงสร้าง ขนาดโครงสร้างถูกต้องแค่ไหน เพราะโครงสร้างทางธรณีวิทยาสามารถนำไปใช้ประกอบการตัดสินใจในหลายๆ ขั้นตอนการสำรวจ ในอนาคต

• ประเมินพื้นที่ จากผลการวิเคราะห์จากห้องปฏิบัติการ ถึงกลุ่มแร่ รวมไปถึงความหนาแน่นของปริมาณแล้ว เลือกพื้นที่ ที่มีผลการวิเคราะห์จากห้องปฏิบัติการ ที่แสดงค่าความหนาแน่นในปริมาณที่สูง แล้วทำการกำหนดขอบเขตพื้นที่สำรวจอีกครั้ง ตามขั้นตอนขั้นต้น เพื่อเป็นการลดปริมาณพื้นที่สำรวจให้แคบลง เพื่อส่งต่อไปยังขั้นตอนการสำรวจอย่างละเอียดในอนาคต

• ขออนุญาตเพิ่มเติม หลังจากได้พื้นที่ศักยภาพของแหล่งแร่ แล้ว ต้องทำการยื่นเรื่องขออนุญาตรัฐบาลของประเทศนั้นๆ ในการขอเข้าทำการสำรวจในขั้นตอนต่อไป

2. การสำรวจขั้นละเอียด

พื้นที่ถูกเลือกจากการสำรวจขั้นต้นจะถูกสำรวจอย่างละเอียด โดยนักธรณีวิทยาและทีมสำรวจจะทำการสำรวจเพิ่มเติม ดังนี้

• ทำแผนที่รายละเอียด อาจครอบคลุมพื้นที่ทั้งหมดของพื้นที่ ที่ทีมสำรวจขั้นต้นได้ตีกรอบพื้นที่ไว้ ข้อมูลที่ได้จะทำเป็นแผนที่ทางธรณีวิทยา แผนที่หินโผล่ แผนที่สายแร่และการวางตัวของสายแร่

• เก็บตะกอนทางน้ำเพื่อหาแหล่งแร่ ขั้นตอนนี้ตัวอย่างตะกอนทางน้ำจะเป็นตัวแทนของพื้นที่แคบลง เหลือประมาณ 1 – 2 ตารางกิโลเมตร โดยเริ่มเก็บจากท้ายแม่น้ำสายเล็ก (down stream) และไล่เก็บไปทางต้นน้ำ (up stream) ค่าการวิเคราะห์แร่ธาตุจากตัวอย่างตะกอนที่ได้จะเรียกว่า ค่าปริมาณที่มีอย่างผิดปกติ (anomaly) ของแร่นั้นๆุ มีหน่วยเป็น หนึ่งส่วนในล้านส่วน (ppm) ถ้ามีปริมาณมากโอกาสพบแหล่งแร่ก็มากตาม

• เก็บตัวอย่างดิน เป็นการเก็บตามจุดที่กำหนดไว้จากการตีกรอบพื้นที่ ซึ่งพื้นที่การเก็บดินสำรวจนั้น ขึ้นอยู่กับงบประมาณของแต่ละบริษัทด้วย การตีตารางพื้นที่เก็บตัวอย่างดิน ปกติ จะทำอย่างหยาบก่อน ที่ระยะห่าง 200 ตารางเมตร แล้วรอผลการวิเคราะห์จากห้องปฏิบัติการ แล้วเอาผลการวิเคราะห์มาประเมินพื้นที่ศักยภาพ โดยพื้นที่ศักยภาพอาจจะมีการตีกรอบพื้นที่ให้ละเอียดลง จาก 200 ตารางเมตร เป็น 100 50 หรือ 25 ตารางเมตรขึ้นอยู่กับปริมาณความหนาแน่นของแหล่งแร่ ซึ่งการทำการสำรวจลักษณะนี้ จะเป็นการประหยัดค่าใช้จ่ายการตีตารางที่ 25 ตารางเมตร เป็นการสำรวจที่จะได้ข้อมูลที่ชัดเจนที่สุด แต่ถ้าพูดถึงหลักเศรษฐศาสตร์ ถือว่าเป็นการวางแผนที่ไม่คุ้ม แถมเสียงต่อการสิ้นเปลืองงบประมาณ ที่สำคัญการเก็บตัวอย่างดินต้องทำการบันทึกด้วยว่า ตัวอย่างดินที่เก็บนั้น เป็นตัวอย่างดินที่ผุพังอยู่ตรงนั้นอยู่แล้ว หรือได้ทำการพัดพามาจากแหล่งอื่น อาจจะด้วยการพัดพาของน้ำ หรือ แรงโน้มถ่วงของโลก โดยทั่วไปตัวอย่างดินที่จะเก็บ ต้องขุดไปถึงขั้นหินฐาน หรือพูดง่าย ๆ คือเก็บตัวอย่างดินจากชั้นหินที่ผุพังนั่นเอง ค่าวิเคราะห์ที่ได้ก็จะเรียกว่า ค่าปริมาณที่มีอย่างผิดปกติ เช่นกันเดียวกับตะกอนทางน้ำ แต่จะพบแร่ธาตุในปริมาณที่น้อยกว่า ซึ่งใช้หน่วยเป็น หนึ่งส่วนในพันล้านส่วน (ppb)

• ขุดร่องสำรวจ หรือบ่อสำรวจ การขุดร่องสำรวจนี้จะทำก็ต่อเมื่อ นักธรณีวิทยาได้ทำแผนที่หินโผล่ แผนที่สายแร่และการวางตัวของสายแร่จากบนผิวดิน รวมทั้ง ได้ข้อมูลค่าผิดปกติจากการเก็บตัวอย่างดินแล้ว การขุดร่องสำรวจ จะทำการขุดตัวขวางการวางตัวของสายแร่ หรือทำมุมเกือบ 90 องศากับสายแร่ เพื่อศึกษาความหนา การวางตัวและทิศทางของสายแร่แบบสามมิติ ขั้นตอนนี้จะเก็บตัวอย่างในร่องสำรวจด้วยทุกๆ 1เมตร หรือ 2 เมตร เพื่อหาค่าความสมบูรณ์ของสายแร่ออกมาเป็นค่าเฉลี่ย เทียบกับความหนาของสายแร่ที่มีหน่วยเป็นเมตร เช่น ค่าความสมบูรณ์ของสายแร่ทองคำขนาด 10 เมตร อยู่ที่ 1.2 กรัม ต่อ ตัน เป็นต้น

การตัดสินใจในการร่องสำรวจนั้น เกิดจากการประเมิน คาดการ รวมไปถึงการแปลความหมายทิศทางสายแร่ที่ มีโอกาสเป็นไปได้ โดยพิจารณาจากข้อมูลทางธรณีวิทยาที่ได้ จากการหายไปของหินโผล่ รวมไปถึงค่าความผิดปกติของค่าตัวอย่างดินที่เก็บได้ เพื่อที่จะหาข้อมูลหิน ข้อมูลโครงสร้าง ที่อยู่ใต้ดิน การขุดคุทดลอง ทำให้เรามีโอกาสได้ข้อมูลในการสำรวจเพิ่มขึ้น การที่จะได้ข้อมุลเพิ่มขึ้นมากน้อยแค่ไหน ขึ้นอยู่กับการวางแผนงาน เพราะทุกขั้นตอน ต้องแลกกับค่าใช้จ่าย

• สำรวจธรณีฟิสิกส์ โดยปกติจะแบ่งเป็นการสำรวจภาคพื้นดิน และการสำรวจทางอากาศ ขึ้นอยู่กับว่า นักธรณีวิทยา ต้องการข้อมูลประเภทไหน ข้อมูลทางธรณีฟิสิกส์ ที่ใช้ส่วนใหญ่ คือ การสำรวจโดยคลื่นไฟฟ้า ใช้สำหรับแปลความหมายโครงสร้างใต้ดิน การสำรวจคลื่นสนามแม่เหล็ก ใช้แปลความหมายความเหนี่ยวนำแม่เหล็กของมวลหินใต้ดิน ซึ่งมีประโยชน์ในการหามวลหินอัคนี ที่อยู้ใต้ดิน การสำรวจโดยใช้ความเหนี่ยวนำของแรงโน้มถ่วงโลก โดยปกติ จะใช้แปลความหมายร่วมกับค่าแม่เหล็ก ซึ่งแปลความหมายมวลหินใต้ดินว่า มีความเหนี่ยวนำแม่เหล็กมากน้อยแค่ไหน การสำรวจโดยใช้เครื่องมือวัดกัมมันตภาพรังสี เพื่อหาข้อมูลของค่ารังสี ในการหาปริมาณการแปรสภาพของมวลหิน

3. การเจาะหลุมสำรวจ

การเจาะสำรวจเป็นขั้นตอนที่ใช้เงินลงทุนสูง โดยจะทำการเจาะสำรวจสายแร่ตามตำแหน่งที่แปลความหมายไว้ เริ่มจากการเจาะแบบสุ่ม เป็นการเจาะตัดกันกับการวางตัวของสายแร่เพื่อหาสายแร่ การวางตัว ทิศทาง และความหนาของสายแร่ใต้ผิวดิน ความลึกของการเจาะจะขึ้นอยู่กับเป้าหมายที่วางไว ในแต่ละหลุม บางหลุมวางเป้าหมายที่ 100 เมตร อาจจะเจาะแค่ 60 เมตร ก็ได้ นักธรณีวิทยาที่คุมหลุมเจาะ ต้องประเมิน ว่าจะเจาะต่อหรือจะหยุด อยู่ที่กรณีๆ ไป แต่ส่วนใหญ่ จะไม่เจาะเกิน 300 เมตร ในขั้นตอนแรก ขณะเจาะก็จะมีการเก็บตัวอย่างแท่งหินที่ความลึกต่างๆ ด้วย นักธรณีวิทยาจะทำการศึกษาแท่งหินเหล่านี้อย่างละเอียด เพื่อทำแผนที่ภาคตัดขวางใต้ผิวดิน

โดยปกติ การเจาะสำรวจ จะต้องทำการวางแผนงาน อย่างมีวินัย เข้มงวด เพราะค่าใช้จ่าย คิดเป็นเมตร ทั้งนี้ทั้งนั้น การเจาะสำรวจต้องคำนึงถึงพื้นที่ ที่ทำการสำรวจ ว่า มีความยากง่ายต่อ การนำเครื่องจักรเจ้าไปเจาะมากน้อยแค่ไหน เครื่องจักรยิ่งมีขนาดใหญ่ คุณภาพของงานเจาะยิ่งมีมากตาม

สำหรับพื้นที่ ที่เครื่องเจาะเข้าถึงได้ยาก อาจจะต้องใช้เฮลิคอปเตอร์แยกชิ้นส่วนเครื่องจักร เพื่อนำไปประกอบ ณ ตำแหน่งที่ทำการเจาะสำรวจ แน่นอนเครื่องจักร ที่ได้ ต้องเป็นเครื่องจักรขนาดเล็ก  สามารถเจาะได้ช้า แล้วขนาดของแท่งหินก็จะลดลงตามขนาดเครื่องจักร แท่งหินที่ได้ จะเป็น ขนาด NQ3 (45 mm) ซึ่งเป็นขนาดเล็กที่สุด ที่มีการยอมรับในระดับสากล ปกติ ถ้าเป็นไปได้ จะทำการเจาะสำรวจขนาด HQ (63.5 mm)

ถ้ากรณีพื้นที่สำรวจสามารถเข้าถึงได้ง่ายสำหรับเครื่องจักรขนาดใหญ่ การเจาะสำรวจก็จะง่ายตาม ประสิทธิภาพก็สูงตาม ผลที่ได้ก็มีความน่าเชื่อถือมากขึ้น โดยปกติ การเจาะสำรวจ บริเวณหน้าดิน ที่ไม่ใช่ชั้นหินแข็ง เราจะไม่เจาะแบบแท่งหินในระดับเริ่มต้น เราจะทำการเจาะเอาเศษดิน เศษหินก่อน จนกระทั้งเจาะไปถึงชั้นหินแข็ง ถึงจะเปลี่ยนมาเจาะแบบแท่งหิน เพราะเป็นการประหยัดค่าใช้จ่าย ซึ่งมีราคาแพงมากกว่ากัน มากกว่าเท่าตัว ต่อเมตร ต่อหน่วย

งานเจาะสำรวจเป็นขั้นตอนที่สำคัญ ทุกขั้นตอนต้องถูกต้อง ระยะเมตรที่ได้ต้องถูกต้อง ทิศทางที่เจาะต้องถูกต้อง ต้องมีการตรวจสอบหลุมเจาะเป็นระยะ เพื่อเช็คว่าทิศทางการเจาะเป็นยังไง ระยะเท่าไหร่ แท่งหินที่ได้นั้นมีทิศทางกำหนดไว้ เพื่อที่จะนำทิศทางของแท่งหินนั้น ๆ ไปหาค่าโครงสร้างใต้ดิน ค่าโครงสร้างใต้ดินมีความสำคัญมากในการกำหนดทิศทางแล้วก็แนวทางการวางแผนงานสำรวจในอนาคต

เมื่อได้ศึกษาแท่งหินตัวอย่างแล้ว แท่งหินตัวอย่างจะถูกตัดครึ่งหนึ่งตามแกนยาว ตัวอย่างที่เหลือเก็บไว้เป็น ข้อมูลอ้างอิงในอนาคต และถูกส่งไปวิเคราะห์ เพื่อหาประมาณความสมบูรณ์ของแร่ ซึ่งขั้นตอนนี้เราจะประเมินศักยภาพของแหล่งแร่จากความสมบูรณ์ของแร่ ว่ามีปริมาณสำรองทีน่าจะทำการเจาะเพิ่มเติมอีกหรือไม่ อย่างไรก็ตามยังไม่สามารถคาดคะเนปริมาณสำรองที่แท้จริงได้

ผลที่ได้จากขั้นตอนนี้จะเป็นข้อมูลความสมบูรณ์ของแร่ ความหนาของสายแร่ และปริมาตรของแหล่งแร่ที่ได้แบบคร่าวๆ การเจาะสำรวจแบบสุ่มอาจจะไม่พบสายแร่ใต้ผิวดินเลยก็ได้ หรืออาจจะถูกประเมินไปในทางที่ไม่คุ้มค่าในการลงทุนเลยก็เป็นได้

4. การเจาะหลุมหาปริมาณสำรอง

การจะหลุมสำรวจในขั้นตอนนี้ เป็นการสำรวจอย่างละเอียด เพื่อคำนวณหาปริมาณสำรองของแหล่งแร่ในเชิงพานิชย์ ซึ่งขั้นตอนนี้จะทำการวางหลุมเจาะสำรวจเพิ่ม จากเดิมที่เจาะแบบหยาบ เพื่อหาทิศทางการวางตัวของสายแร่ เป็น การเจาะสำรวจที่มีระยะการเจาะมากขึ้นและถี่กว่า ปกติจะเจาะในระยะตื้นๆ แค่ 10-25 เมตร เพื่อทำการประเมินค่า ในการเปิดหน้าดินแต่ละชั้น แต่ระยะความห่างของหลุมเจาะ อาจจะถี่ในระดับ ทุก 25 ตารางเมตร เพื่อคำนวณปริมาณสำรองอย่างละเอียดของแหล่งแร่ หรือขั้นตอนของการพัฒนาต่อไปเป็นเหมือง อาจใช้เวลามากกว่า 1 – 2 ปี ขึ้นไป

ซึ่งขั้นตอนนี้ต้องใช้เงินลงทุนสูงมากเพื่อเป็นค่าใช้จ่ายในการเจาะสำรวจ รวมทั้งค่าวิเคราะห์แท่งตัวอย่างหิน นักธรณีวิทยาผู้เชี่ยวชาญเฉพาะจะคำนวณปริมาณสำรองของแร่ในแบบภาพสามมิติ อาจมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความสมบูรณ์ของสายแร่ เช่น ปริมาณสำรองของแร่ทองคำ 2 ล้านออนซ์ ได้ค่าเฉลี่ยของสายแร่ของเหมืองประมาณ 0.5 กรัมต่อตัน

5. การศึกษาความเป็นไปได้ในการทำเหมือง

ส่วนนี้เกี่ยวข้องกับเรื่องเศรษฐศาสตร์ ความคุ้มทุนของบริษัท ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ผลกระทบต่อคนในพื้นที่

หลังจากทราบปริมาณสำรองที่แท้จริงแล้ว ก็จะมีการศึกษาหรือการประเมินศักยภาพของแหล่งแร่ในเชิงพาณิชย์ สำหรับขั้นตอนนี้ นักธรณีวิทยา วิศวะกรเหมืองแร่ นักสิ่งแวดล้อม นักลงทุน นักกฏหมาย จะเข้ามามีบทบาท ในการศึกษาความเป็นไปได้ของการเปิดเหมือง การลงทุนระยะยาว รวมถึงการวางแผนงานต่างๆ เช่น การก่อสร้างสิ่งอำนวยความสะดวก สาธารณูปโภคภายในเหมือง ไฟฟ้า น้ำประปา

สิ่งสำคัญคือการศึกษาผลกระทบของการทำเหมืองต่อสิ่งแวดล้อม และพื้นที่โดยรอบ ทั้งระยะสั้นและระยะยาว โดยเฉพาะชุมชนรอบบริเวณเหมือง

ผลการศึกษาในขั้นตอนนี้อาจผ่านหรือไม่ผ่าน ขึ้นอยู่กับข้อมูลทั้งหมดที่ได้จากการสำรวจทุกขั้นตอน ซึ่งอาจใช้เวลาประมาณ 1 ปี สำหรับการประเมินผลศึกษาทั้งหมด และอีก 1 ปี สำหรับการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานภายในเหมือง