Том 278

Представлены результаты моделирования полей напряжений и анализа прочности породного массива на участке Енисейский (Красноярский край), выбранного для строительства подземной исследовательской лаборатории. Обоснованы варианты граничных условий нагружения моделей по ее границам, результаты моделирования распределения компонент тензора напряжений для четырех вариантов нагружения и оценка стабильности массива с использованием известных моделей прочностного анализа Хука – Брауна, Кулона – Мора, Мизеса и др. Определены закономерности распределения полей напряжений в массиве и отличия, связанные с тектоническими условиями района. Установлено, что локализация зон концентрации интенсивности напряжений зависит от соотношения компонент главных действующих напряжений. Ориентация сжатия в субмеридиональном направлении приводит к росту интенсивности напряжений на 10-15 % относительно иных вариантов моделирования. Зоны аномальных значений интенсивности напряжений расположены внутри блоков, а также в лежачих крыльях тектонических разломов. Модели характеризуются высокими значениями потенциальной энергии формоизменения в зонах разломов (как участков массива, наиболее легко поддающихся деформированию) и их пересечений. Трехмерное моделирование позволяет обнаружить эффекты, которые слабо проявляются в моделях плоского деформированного состояния. Результаты геомеханического моделирования необходимы при планировании экспериментов в подземной исследовательской лаборатории для уточнения изоляционных свойств породного массива при захоронении высокоактивных радиоактивных отходов. Методические подходы трехмерного моделирования применяются геомеханическими и геотехническими службами промышленных предприятий и других опасных производственных объектов (подземные хранилища газа, месторождения полезных ископаемых и др.).

Более полное извлечение полезных ископаемых из недр путем снижения их потерь актуализирует задачи совершенствования математических моделей объектов разработки. Цель данной работы – создание геометрических моделей типовых сложноструктурных блоков (ССБ), которые можно распространить на реальные ССБ. Они базируются на горно-геологических моделях виртуальных (типовых) сложноструктурных рудных блоков уступа, состоящих из разрозненных сплошных (первый тип) и рассредоточенных (второй тип) рудных тел. Ключевыми параметрами этих блоков являются координаты характерных точек разрозненных сплошных и рассредоточенных рудных тел, длины отрезков контактных линий рудных тел с вмещающими породами, площади рудных тел на разрезах ССБ. Они определяют горно-геологические характеристики этих объектов – рудонасыщенность, сложность геолого-морфологического строения блока. Эти характеристики аналитически взаимосвязаны с геометрическими параметрами разрозненных рудных тел и размерами слоя примешиваемой породы или теряемой руды, положены в основу методики расчета численных значений геометрических моделей ССБ и горно-геологических характеристик рудных тел и блока в целом. Создана компьютерная программа для автоматизированного определения геометрических характеристик ССБ по заданным начальным ключевым параметрам сложноструктурных блоков. Рассмотрен пример расчета этих характеристик для типовых сложноструктурных блоков, показана значимость результатов исследований при разработке ССБ. Предлагаемая методика расчета ключевых характеристик геометрических моделей ССБ является информационной основой для принятия решений по экономичной и экологичной разработке сложноструктурных блоков уступов. Результаты исследований можно использовать при эксплуатации реальных сложноструктурных месторождений для существенного уменьшения потерь и разубоживания полезных ископаемых.

Опасность горных ударов на Хибинских месторождениях в значительной степени обусловлена их блоковым строением и природным гравитационно-тектоническим полем напряжений в массиве. Детализированный анализ задокументированных случаев горных ударов на месторождениях Кольского п-ова позволил разработать классификацию геодинамических событий по механизму их возникновения. В ходе анализа было установлено, что в период 1980-2024 гг. 40 % всех горных ударов были приурочены к геологическим нарушениям с высокой прочностью материала-заполнителя. Такие геодинамические события происходят в результате активации комбинированного механизма. Причиной геодинамического события в этом случае является сочетание структурных нарушений массива скальных пород с высоким уровнем тектонических напряжений. Важным критерием удароопасности в районе геологических нарушений в высоконапряженных массивах является их относительная жесткость, а следовательно, и степень трещиноватости применительно к натурным условиям массива горных пород. Механизм такого класса горных ударов может быть описан в рамках теории жестких прессов. По результатам исследований обоснована необходимость уделять серьезное внимание разработке специальных мероприятий для предотвращения или минимизации риска возникновения геодинамических событий при приближении к тектоническим нарушениям с высокой прочностью материала-заполнителя очистных и подготовительных выработок.

Фторсодержащие сточные воды – одна из главных проблем добывающей и перерабатывающей промышленностей. Добыча, обогащение, сернокислотное вскрытие апатитового концентрата – все эти процессы сопровождаются образованием огромного количества сточных вод с повышенным содержанием фторидов, которые представляют серьезную опасность для окружающей среды. Традиционные методы не всегда позволяют достичь требуемых нормативов сброса, что в свою очередь диктует необходимость поиска альтернативных реагентов. Основной целью данной работы является оценка возможности использования отходов горно-металлургического комплекса (фосфомел, магнезиальный лом, пыль установок газоочистки) в качестве реагентов-осадителей первого этапа удаления фторид-ионов с последующей доочисткой комплексными титансодержащими коагулянтами. Проведены эксперименты по подбору реагентов и их дозировок, применение которых позволит достичь наименьших остаточных концентраций фторидов в воде. Установлено, что применение гидроксидов кальция/магния не позволяет достигать нормативов по остаточному содержанию фторид-аниона. Определено, что для достижения максимальной эффективности осаждения необходим 30 %-ный избыток реагентов-осадителей. Доказана возможность применения крупнотоннажных минеральных отходов в качестве реагента-осадителя фторид-иона, при этом эффективность очистки составила 94 % для фосфомела, 90 % для лома магнезиальных огнеупоров и 99 % для установок газоочистки. Доказана эффективность применения комплексных титансодержащих коагулянтов для дефторивания воды по сравнению с традиционными коагулянтами (оксихлорид/сульфат алюминия). Применение комплексного реагента позволяет не только существенно сократить расход коагулянта и минимизировать остаточное содержание фторид-аниона, но и существенно интенсифицировать процессы седиментации (в 1,5-1,75 раза) и фильтрации (1,25-1,5 раза) коагуляционных шламов. Разработанная концепт-схема дефторирования сточных вод с использованием крупнотоннажных отходов и комплексных титансодержащих реагентов позволяет существенно снизить уровень негативного воздействия на окружающую среду и сделать шаг к реализации концепции экономики замкнутого цикла.

Проведено исследование на территории Далдынского кимберлитового поля, в пределах промышленной площадки Удачнинского горно-обогатительного комбината (Якутия, Россия). Объектами исследования являлись мерзлотные почвы и два вида кустарников – Betula middendorffii T. (береза Миддендорфа) и Duschekia fruticosa R. (ольховник кустарниковый). Образцы почвы и растений анализировались методом атомно-абсорбционной спектрометрии на наличие потенциально токсичных элементов (Pb, Ni, Mn, Cd, Co, Cr, Zn, Cu и As). Для каждого элемента рассчитаны коэффициент биоаккумуляции и потенциальный экологический фактор риска. В изученных растениях исследуемые элементы по содержанию располагались в убывающем порядке: Mn > Zn > > Cr > Ni > Cu > Pb > As > Co > Cd, по степени биоаккумуляции Betula middendorffii T. характеризуется рядом Cr > Zn > Ni > Mn > Pb > Cu > Cd > Co, а Duschekia fruticosa R. – Cr > Zn > Ni > Pb > Cu > Mn > Cd > Co. В результате исследований выявлено, что Betula middendorffiii T. и Duschekia fruticosa R. устойчивы к высоким концентрациям элементов, когерентных кимберлитам – Cr, Ni, Co и долеритам – Cu, Mn и Zn. Следствием проявления кимберлитового магматизма в почвах и растениях являются избыточные для растений концентрации Ni, Cr и Mn, которые определены в качестве потенциальных факторов экологического риска. Большая часть территории Далдынского кимберлитового поля характеризуется низким и умеренным экологическим риском. Импактные зоны карьеров кимберлитовых трубок и отвалов пустых пород отличаются значительным и высоким потенциальным экологическим риском.

В работе исследовано влияние сезонных изменений состава пресной воды на реологические характеристики гуаро-боратных жидкостей гидроразрыва пласта. В октябре 2024 – августе 2025 гг. проводился ежемесячный отбор проб из трех источников Республики Татарстан с анализом pH (7,3-7,9), щелочности (73-275 мг/л HCO^-₃), общей жесткости (180-520 мг/л Ca²⁺+Mg²⁺), хлоридов (42-284 мг/л), сульфатов (61-146 мг/л) и ионов железа (0,1-0,3 мг/л). На этих водах готовились жидкости разрыва, которые испытывались на реометре высокого давления Brookfield PVS при 32 °С в соответствии с ISO 3219:1993; ориентировочный диапазон требуемой вязкости составлял 400-700 мПа·с. Установлено, что в воде с высокой минерализацией (источник № 2, средняя жесткость ~419 мг/л, Cl^–>180 мг/л) вязкость геля снижалась на 10-15 %, увеличивалось время восстановления до рабочей вязкости и ускорялась деструкция, что повышало риск преждевременного осаждения пропанта. Корреляционный анализ показал, что для «мягких» источников № 1 и 3 характерны сильные положительные связи между жесткостью, хлоридами, сульфатами и щелочностью (r = 0,53-0,90), тогда как в минерализованной воде № 2 они ослаблены (r = 0,17-0,51). Результаты демонстрируют, что сезонный рост минерализации (зимне-весенний период) существенно ухудшает реологическую устойчивость жидкостей гидроразрыва пласта, и подчеркивают необходимость обязательного мониторинга состава воды и адаптации рецептур в периоды пиков минерализации.

Изучение природы битумов, вкрапления которых приурочены к зонам гидротермальной проработки, развитым по вулканогенным породам позднепермско-раннетриасового возраста, вскрытым скважиной в верхней части разреза доюрского основания Литваковского нефтяного месторождения, представляется актуальным для прогнозирования перспектив нефтегазоносности фундамента Западной Сибири. Присутствие битумов в метасоматически измененных базальтах свидетельствует о существовании разрушенной нефтяной залежи либо путей миграции нефтяных углеводородов в доюрском комплексе. Поступление углеводородов по результатам минералого-петрографических исследований происходило после гидротермально-метасоматических преобразований вулканитов. По классификации В.А.Успенского изученные битумы отнесены к чистым асфальтитам и переходным разностям асфальтиты – кериты. По молекулярному составу и изотопии углерода предполагается формирование исходного органического вещества нафтидов в восстановительных обстановках мелководного бассейна с повышенной соленостью вод и глинисто-карбонатной седиментацией, куда мог поступать гумусовый материал. Уровень термокаталитического преобразования битумов соответствует фазе начала «нефтяного окна». Нафтиды в различной мере подверглись влиянию гипергенных и, возможно, миграционных процессов. Кроме типичных маркеров биодеградации 25-норгопанов С₂₈-С₃₄ в битумах впервые идентифицированы их более легкие гомологи – деметилированные трициклический С₁₉ и тетрациклический С₂₃, а также необычные тетрациклические углеводороды гопаноидного типа – секогопаны С₂₇, С₂₉, С₃₀, которые, наряду с бициклическими терпанами С₁₇-С₂₄, можно рассматривать как специфическую особенность твердых нафтидов доюрского комплекса района исследования. Битумы характеризуются низким содержанием стеранов и имеют схожие специфические черты с нефтями Котыгъеганского и Северо-Хохряковского месторождений. По распределению три- и тетрациклических терпанов установлено подобие битумов нефтям и битумоидам тюменской свиты. Выявленные особенности стеранов и терпанов в битумах могут быть обусловлены участием гумусового материала в составе исходного органического вещества и указывать на вероятную связь нафтидов с отложениями тюменской свиты.

Проходка горных выработок в прочных доломитах на руднике «Интернациональный» буровзрывным способом осложнена газодинамическими явлениями, представляющими собой выбросы породы и газа. Наличие трещинных зон и значительного горного давления породных толщ на глубине свыше 1000 м предопределило реализацию вторичного разрушения пород из забоя вскрывающих выработок. В статье представлены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния забоя горной выработки опасных по газодинамическим явлениям зон, характерных для геомеханических условий месторождения кимберлитовой трубки «Интернациональная». Моделирование напряженно-деформированного состояния выполнено методом конечных элементов в отечественном программном комплексе CAE Fidesys. Рассмотрены 18 геомеханических ситуаций расположения забоя горной выработки на расстоянии 2, 4, 6 м до зон интенсивной трещиноватости мощностью 2, 4, 6 м с наличием в них газа и без газа. Все расчетные схемы строились в объемной постановке на глубине 1500 м с вертикальными напряжениями, равными 40 МПа, что соответствует теории профессора А.Н.Динника. Горизонтальные напряжения задаются на боковых гранях расчетных моделей через вынужденные перемещения из условия действия равнокомпонентного сжатия, что соответствует боковому распору, равному 1. Параметры равнокомпонентного или близкого к равнокомпонентному поля напряжений на глубоких горизонтах кимберлитовой трубки «Интернациональная» подтверждаются как инструментальными измерениями, так и мировым опытом ведения горных работ на глубинах, превышающих 1000 м. Результаты исследования свидетельствуют о том, что безопасное газодинамическое состояние массива горных пород достигается путем создания зоны неснижаемого опережения, ширину которой рекомендуется определять в зависимости от физико-механических и структурных особенностей участка проходки горной выработки.

Статья посвящена комплексному анализу минералогических и геохимических особенностей ксенолитов кимберлитовой трубки им. В.Гриба, которые представлены нижнекоровыми гранат-клинопироксеновыми гранулитами и мантийными эклогитами. Проводится сравнительная характеристика двух типов ксенолитов, поскольку в настоящее время отсутствуют четкие критерии, по которым их можно было бы разделить. В результате исследования выявлены несколько отличительных признаков, однозначно характеризующих мантийные эклогиты. Это повышенное содержание Cr (в гранатах >300 ppm, в клинопироксенах >1500 ppm), высокое содержание пиропового минала в гранате (больше 34 мол.%) и наличие признаков раннего метасоматоза, проявляющегося в виде метасоматического граната, губчатого клинопироксена, замещаемого паргаситом, а также флогопитовых кайм на контакте граната и клинопироксена. Оценка параметров давления и температуры ксенолитов трубки им. В.Гриба подтвердилa мантийную природу эклогитовых ксенолитов с условиями формирования в диапазоне Т = 800-1200 °С и Р = 30-50 кбар и не опровергла первоначальное предположение о нижнекоровом происхождении гранулитовых ксенолитов, характеризующихся Т = 750-800 °С и Р = 14-15 кбар. Для окончательного решения проблемы идентификации нижнекоровых гранат-клинопироксеновых гранулитов и мантийных эклогитов предложено провести комплексное сравнение изотопно-геохимических характеристик «эклогитового» и «гранулитового» циркона в дальнейшем.

Отходы добычи и переработки руд оказывают негативное влияние не только на поверхностные, подземные воды, почвы, но и на состояние приземной атмосферы. В хорошо проницаемых отложениях хранилищ отходов в результате выветривания руд и вмещающих оруденение пород формируются высокоминерализованные воды, содержащие металлы. Под их воздействием над хранилищами образуются потоки жидких аэрозолей, условия формирования и химический состав которых еще плохо изучены. Цель работы – установление качественного и количественного состава токсичных металлов, поступающих в составе аэрозолей в приземную атмосферу хранилища окисленных руд и вскрышных пород, складированных при разработке Озерного полиметаллического месторождения. Поставлены задачи выявления механизма образования потока аэрозолей из зоны аэрации хранилищ, разработки методики отбора пробы аэрозолей путем его конденсирования и сбор необходимого для анализа количества конденсата. Отобранные образцы конденсата проанализированы методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce по сертифицированной методике. Установлено, что общая минерализация конденсационных вод достигает значений 110-130 мг/дм³. Содержание токсичных элементов (ртуть, свинец, цинк, медь) в несколько раз превышает концентрацию, установленную в поверхностных водах этого района. В снежном покрове на территории, прилегающей к ГОКу, в аномально высоких концентрациях, превышающих ПДК рыбохозяйственного назначения, обнаружены марганец, цинк, медь, ртуть, их поступление в снежный покров связано с испарением с поверхности складированных отходов и переносом загрязняющих веществ воздушными потоками. В работе показано, что от склада окисленных руд и вскрышных пород в атмосферу поступают жидкие аэрозоли, содержащие высокие концентрации токсичных химических элементов. Для защиты природной среды на предприятии необходимы мероприятия по изоляции складированных отходов разработки месторождения от агентов выветривания и поступления аэрозолей в атмосферу, а также использование средств индивидуальной защиты для персонала, работающего с отходами добычи и переработки руд.

Разведанные запасы природного газа в гидратных месторождениях существенно превышают запасы углеводородных топлив, добываемых традиционными способами. Недостаточное внедрение технологий на основе гидратов природного газа связано с их дороговизной. Для развития данных технологий необходимо понижение себестоимости добычи, хранения и транспортировки гидратов. Применение технологии фазового перехода, заключающейся в разгерметизации гидрата СН₄ с применением био-ПАВ, и последующего образования гидрата СО₂ позволяет снизить себестоимость добычи и решить экологические проблемы за счет захоронения углекислого газа. Присутствие в природных пластах био-ПАВ приводит к усилению роста гидрата и повышению скорости замещения СН₄-СО₂. Методика образования высокопористого льда при наличии био-ПАВ позволяет достичь повышенных значений скоростей синтеза и сократить временные затраты. Важнейшим преимуществом разработанной методики является отсутствие риска образования двойного гидрата, что ранее являлось серьезной проблемой, снижающей эффективность замещения. Предложенная методика последовательного фазового перехода позволяет уменьшить полное время синтеза гидрата CO₂ на два-три порядка по сравнению с прямым замещением СН₄-СО₂. Методика наиболее перспективна в условиях регионов вечной мерзлоты. Данный подход предоставляет дополнительные возможности использования газогидратных месторождений с улучшенными экологическими показателями за счет сокращения выбросов метана и захоронения углекислого газа.

Работа посвящена проблемам загрязнения гидросферы Среднего Урала в результате воздействия кислых шахтных вод отработанных медных месторождений. Исследованы содержания макро- и микрокомпонентов в воде и донных отложениях в районе закрытого более 20 лет назад Левихинского медноколчеданного рудника, а также изменение их содержаний в цепи: выход шахтных вод (кислая среда) – нейтрализация (щелочная среда) – отстаивание (кислая среда) – среднее течение малой реки (слабокислая среда) – устье малой реки (нейтральная среда). Термодинамические расчеты показали, что кислые минерализованные воды пересыщены по отношению к минералам групп оксидов и оксид-гидроксидов. Сильнощелочная и слабощелочная воды пересыщены к минералам групп оксидов, оксид-гидроксидов, гидроксидов и сульфатов. Воды всех сред близки к равновесию либо недосыщены к гипсу. Наиболее интенсивные процессы осаждения металлов и сорбции донными отложениями происходят в околонейтральной среде: коэффициент распределения (CR) превышает n·10⁵ л/кг для Al, Fe, Cu и Pb. Выполненная оценка степени равновесия природно-техногенных вод к минералам позволила определить процессы вторичного минералообразования, формы миграции металлов в водных объектах и их влияние на окружающую среду. Полученные данные необходимы для обоснования мероприятий по улучшению состояния гидросферы.

Представлены результаты эксперимента «Ковдор-2023» по глубинному электромагнитному зондированию земной коры в пределах архейского основания юго-западной части Кольского региона с применением естественного источника – магнитотеллурического зондирования (МТЗ) и контролируемого источника – аудиомагнитотеллурического зондирования с контролируемым источником (CSAMT). Целью эксперимента было исследование электропроводности верхней части земной коры Беломорского блока Фенноскандинавского щита. Эксперимент являлся продолжением работ 1995 г., а также эксперимента «Ковдор-2015», по результатам которого был сделан вывод, что существование неоднородного промежуточного проводящего слоя (ДД-слоя) с продольной проводимостью в десятые доли и единицы сименсов в верхней части докембрийской кристаллической земной коры на глубинах до десяти километров является региональной характеристикой, закономерно присущей Фенноскандинавскому щиту. В ходе эксперимента 2023 г. применены новейшие технологии в области генераторно-измерительной техники и новые методы обработки данных. По результатам предыдущих исследований выявлена необходимость расширения частотного диапазона в сторону высоких частот для измерительной аппаратуры, а также улучшенной синхронизации между источником и приемником. Для выполнения эксперимента были созданы новая генераторная группа и новое электронное устройство – блок управления генератором и регистрации выходного тока источника, а также разработана методика синхронной обработки временных рядов силы тока в источнике и компонент электромагнитного поля в точке наблюдений. Эксперимент «Ковдор-2023» выполнен с применением нового генератора и новой измерительной системы, что позволило получить дополнительные сведения о верхней части исследуемого объекта. Проведена синхронная обработка новых данных с учетом материалов и опыта предыдущего эксперимента, включающая учет статических искажений и токов смещения. Построен геоэлектрический разрез по совокупным данным МТЗ и CSAMT с применением программы MARE2DEM.

Складированные отходы горно-рудного производства, преимущественно представленные хвостохранилищами и отвалами, нуждаются в постоянном мониторинге. С одной стороны, они часто представляют опасность для окружающей среды и людей, с другой – с развитием новых технологий все чаще рассматриваются как источник вторичной переработки и добычи ценных компонентов. В холодных климатических зонах складирование отходов, поддержка хранилищ в стабильном состоянии и организация системы мониторинга имеют ряд особенностей. Отрицательные температуры, циклы замораживания и оттаивания приводят как к повышенному выходу потенциально токсичных веществ за пределы отвалов и хвостохранилищ, так и к нарушению целостности ограждающих сооружений. Проблема усугубляется глобальным потеплением, приводящим к большей подвижности верхних слоев из-за оттаивания мерзлого грунта. Проблемы мониторинга в холодных зонах обусловлены высокой стоимостью его проведения из-за удаленности территорий и трудностями работы в зимний период. Многообещающими в таких условиях становятся геофизические методы наблюдений, поскольку не нарушают целостности исследуемых объектов и обеспечивают автономный энергосберегающий режим в течение длительного срока. В статье рассматриваются возможности и особенности применения геофизических технологий для мониторинга складированных отходов горно-рудного производства в холодных климатических зонах. Используются примеры работ в России, Канаде, северных странах Европы и других странах со схожими климатическими условиями.

Меловые отложения являются одним из наиболее важных стратиграфических интервалов, характеризующихся развитием пород-коллекторов углеводородов. C учетом возрастающих потребностей в энергетических ресурсах, а также в условиях истощающихся разведанных запасов доисследование нижнемеловых залежей месторождений Чеченской Республики – актуальная задача для региона и всей страны, стремящейся обеспечить свою энергетическую безопасность. Для Чеченской Республики, обладающей значительным числом исторически разведанных нефтяных месторождений, обобщение и переинтерпретация данных каротажа откроют новые возможности для освоения глубоких горизонтов. В Терско-Сунженской нефтегазоносной области (ТСНО) открыто более десяти месторождений, приуроченных к нижнемеловым отложениям. Мощная нефтегазоносная терригенная толща, сформированная в прибрежной зоне морского бассейна в Восточно-Кавказском краевом прогибе, является одним из важнейших объектов добычи углеводородного сырья для Чеченской Республики. Приведена краткая обобщенная справка об изученности нижнемеловых пород Восточного Предкавказья, начиная с раннего периода. Дана информация о геолого-геофизической изученности и нефтегазоносности нижнемеловых отложений в ТСНО, обобщены сведения о распределении, формировании и особенностях разработки нижнемеловых пород-коллекторов и связанных с ними запасов нефти и газа с целью улучшения представления о перспективах дальнейшей разработки нижнемеловой залежи Чеченской Республики – одной из старейших промышленно разрабатываемых залежей мелового периода.