Том 279

В работе экспериментально при давлении 5,5 ГПа и температурах 850, 940, 1030 и 1100 °С исследованы закономерности гидрогенизации кристаллов оливина водным флюидом, равновесным с оливином и ортопироксеном. Показано, что при P-T параметрах, характерных для слэбов, и механически связанной со слэбами части мантийного клина при тепловом режиме промежуточной и горячей субдукции взаимодействие водного флюида с оливином в значительной мере контролируется концентрацией существующих в нем кремниевых вакансий. За счет этого при температуре 850 °С концентрация ОН дефектов на Si вакансиях заметно возрастает относительно исходной величины, однако в пересчете на H₂O не превышает 110 ppm. При 1030 °С новые Si вакансии не образуются и содержание воды в оливине остается на том же уровне, что и после экспериментов при более низких температурах. Образование Si вакансий и их протонирование при перекристаллизации оливина в водном флюиде фиксируются только при 1100 °С, вблизи солидуса перидотита. В новообразованном оливине содержание воды достигает 350 ppm. Установлено, что увеличение фугитивности кислорода от значений буфера Ni-NiO (NNO) до значений буфера Fe₂O₃-Fe₃O₄ (HM), а также концентрации NaCl во флюиде с 0 до 9 мас.% слабо влияют на растворимость воды в оливине либо не влияют вовсе. Сделан вывод, что из-за низкой растворимости воды в оливине сразу после полной дегидратации серпентинизированных перидотитов на глубинах ~150-200 км эффективность транспорта воды в мантию слэбами при температурных режимах промежуточной и горячей субдукции должна резко падать. В таких условиях в слэбах высвобождается значительный объем водного флюида, который может участвовать в генерации глубинных магм и мантийном метасоматозе.

Статья посвящена проблеме уточнения критической глубины удароопасности для Ньоркпахкского месторождения апатит-нефелиновых руд в контексте перехода на подземный способ разработки. Актуальность исследования обусловлена несоответствием значения 400 м (согласно нормативной документации) реальным горно-геологическим условиям, особенно с учетом значительного влияния существующего карьера на напряженно-деформированное состояние массива и природных факторов региона. Целью исследования является разработка и апробация комплексной методики оценки критической глубины удароопасности, включающей анализ дискования керна, мониторинг сейсмичности, пространственное численное моделирование напряженно-деформированного состояния в программном комплексе CAE Simulia Abaqus, оценку потенциала удароопасности пород по критерию Кайзера и сопоставление с геомеханически подобным месторождением-аналогом Олений ручей. Анализ дискования керна выявил лишь локальные зоны напряжений, приуроченные к тектоническим нарушениям, без признаков региональной удароопасности до отметки +100 м. Результаты численного моделирования подтвердили отсутствие опасных концентраций напряжений до глубин +35 м как до начала, так и после завершения отработки карьера. Сопоставление методом подобия показало ожидаемое проявление удароопасности ниже отметки +50 м. Исследования согласно разработанной и подробно описанной в статье методике позволили научно обосновать возможность изменения в сторону увеличения критической глубины удароопасности относительно нормативного значения до отметки +100 м. Также определено, что для хибинских месторождений отсутствует прямая корреляция между критерием хрупкости и склонностью пород к удароопасности. Предложенная методика рекомендована для апробации на удароопасных месторождениях со сложными горно-геологическими условиями.

Волна напряжения, возникающая при взрывании блока горной породы, вызывает колебания законтурного массива. В области законтурного массива, где наблюдается превышение допустимой скорости, прочность породы значительно снижается, что может привести к обрушению близлежащих уступов. Исследование направлено на разработку методики определения границы сейсмически опасной зоны законтурного массива при взрыве, а также оценку влияния интервала межскважинного замедления на положение границы опасной зоны. Рассмотрены упругие колебания породы законтурного массива под действием взрывной волны. Зависимость смещения породы массива под действием напряжения представляет собой функцию времени и расстояния от места взрыва. Для определения значений коэффициентов зависимости, учитывающих затухание волны напряжения в горной породе с увеличением расстояния от места взрыва, проведена серия производственных экспериментов в условиях карьера «Долина» ООО «Амур Минералс». Разработана методика определения положения границы зоны законтурного массива, за пределами которой скорость смещения горной породы не превышает допустимого значения. Исходными данными для расчета являются физико-механические характеристики породы массива и параметры применяемых взрывчатых веществ. В среде Simulink была разработана имитационная модель, реализующая описанную методику. Для проверки результатов моделирования была разработана методика энергетической оценки процесса смещения горной породы под действием волны напряжения. Результаты энергетической оценки позволили сделать вывод о достаточной для практических расчетов точности предлагаемой методики определения положения границы опасной зоны законтурного массива. Проведен анализ расхождения значений энергии смещения одной и той же точки законтурного массива при различных замедлениях скважинных зарядов. Установлено, что взрывание горного массива с увеличенными интервалами межскважинных замедлений позволяет повысить сохранность законтурного массива с входящими в него уступами вышележащих горизонтов без потери качества рыхления горной породы взрываемого блока.

В последние десятилетия выявлена важная, а в ряде случаев ведущая роль биологических процессов и прежде всего деятельности микробиоты в образовании кор выветривания. Изучение новых объектов, связанных с корообразованием, представляет не только теоретический, но и практический интерес. Цель данной работы – выяснить роль микробиоты в формировании мезозойской коры выветривания каолинитового типа (на примере Тургоякского месторождения каолина) с использованием микрозондового анализа и электронной микроскопии. В результате проведенных исследований установлено активное участие в образовании каолиновых глин разнообразных сообществ микроорганизмов – выявлены различные фоссилизированные бактериальные структуры: минерализованные биопленки, псевдоморфозы по коккоидным и палочковидным бактериям, остатки гликокаликса, нитчатые микрофоссилии. Указанная микробиота морфологически аналогична бактериальным формам, описанным в латеритах, но слагающие их биоминералы принципиально иные. В каолинах они представлены силикатами и алюмосиликатами, а в латеритах – оксидами и гидроксидами Fe, Al, Mn, что говорит о разном видовом составе микробиоты, участвующей в формировании латеритных и каолинитовых кор выветривания. Это, вероятно, показывает, что при выветривании климат контролирует не только химическое, но и бактериальное минералообразование. В отличие от латеритов, распределение микроорганизмов в каолиновых глинах неравномерное – от единичных остатков до массовых скоплений. При создании каолина микробиота биомеханически разрушает матрицу исходной породы и одновременно с этим синтезирует новые минералы, формируя из них биоморфозы. Среди последних особый интерес вызывают биоморфозы по «титановым» бактериям. Их обнаружение подтверждает точку зрения академика В.И.Вернадского о преимущественно биогенной природе титана в породах зрелых кор выветривания.

Архипелаг Шпицберген располагается на сочленении северного фрагмента Норвежско-Гренландского бассейна и западной части Северного Ледовитого океана, что делает его ключевым объектом для расшифровки истории формирования и геологического строения региона. Здесь выходят на поверхность породы кристаллического фундамента и осадочного чехла. В том числе те, которые слагают нефтегазоносные комплексы шельфа. Очевидна актуальность обоснования существования в пределах земной коры архипелага Шпицберген свидетельств байкальской (тиманской) тектоно-магматической активизации и условий ее проявления. Для решения поставленной задачи на основе авторских материалов впервые дана комплексная характеристика вулканогенной свиты Тролльхеймен, породы которой известны в пределах Земли Оскара II. Рассмотрены структурно-геологические особенности, вещественный состав, возраст и геодинамические интерпретации обстановок формирования. Установлено, что осадочно-вулканогенный комплекс, описанный в горно-ледниковой части Земли Оскара II, был сформирован в вендское время (574-558 млн лет) как результат тектоно-магматической активизации эпигренвильской параплатформы. Даны петрографическая и петро-геохимическая характеристики выявленных метабазальтов, метаандезитов и метатуфов. Результаты изучения петрохимических особенностей вулканогенной свиты Тролльхеймен свидетельствуют о зарождении магмы на больших глубинах; определена рифтогенная природа этих образований. Проведена корреляция с выделенным авторами ранее осадочно-вулканогенным комплексом серии Чемберлендален в северной части Земли Веделя Ярлсберга. Представленные данные подтверждают высказанные ранее аргументы о вендской-байкальской, тиманской внутриплитной активизации на архипелаге, а также широком развитии этих комплексов в составе чехла эпигренвильской параплатформы Шпицбергена.

Одна из актуальных научных проблем в области интенсификации добычи углеводородов из залежей с трудноизвлекаемыми запасами методом гидравлического разрыва пласта – недостаточная изученность влияния упругих свойств жидкости гидроразрыва пласта (ГРП) на эффективность удержания пропанта при инициировании трещин в призабойной зоне скважины. Ранние отечественные и зарубежные исследования пескоудерживающих свойств утверждают, что ключевую роль в удержании пропанта играет вязкость жидкости, однако последние данные показывают значительное влияние упругих свойств полимерных систем, особенно при применении низковязких синтетических жидкостей ГРП на основе полиакриламида (ПАА). Цель настоящего исследования заключается в фундаментальном обосновании влияния вязкоупругих свойств жидкостей ГРП на эффективность удержания пропанта. Статья содержит методологию и результаты лабораторных исследований по оценке вязкоупругих и пескоудерживающих свойств жидкостей ГРП на основе ПАА и гуарового полимера. Исследования показывают, что жидкости ГРП на основе ПАА с низкой эффективной вязкостью системы обладают более выраженными упругими свойствами в сравнении с линейными гуаровыми гелями: время релаксации и первая разность нормальных напряжений для синтетической жидкости ГРП, соответственно, в 1,99 и 4 раза превышают аналогичные показатели для линейного геля. Результаты исследований подтвердили, что скорость оседания пропанта в жидкости ГРП на основе ПАА в статических условиях оказалась в 28 раз ниже, чем в линейном гуаровом геле при эквивалентной концентрации активного вещества. Упругие свойства жидкости ГРП оказывают весомое влияние на пескоудерживающую способность, что обосновывает перспективность применения низковязких синтетических жидкостей ГРП на основе ПАА для интенсификации добычи углеводородов из коллекторов с проницаемостью ниже 1 мД.

В статье рассмотрено сейсмическое воздействие взрывных работ на охраняемые объекты, показана важность этого фактора для обеспечения промышленной безопасности горных предприятий и отмечен прогресс в прогнозировании уровня воздействия. Обоснована значимость применения классических формул М.А.Садовского и USBM для прогноза сейсмовзрывного воздействия. Поскольку задача классификации взрывных работ по типу их сейсмического воздействия на основе формулы М.А.Садовского решена, похожая проблема рассмотрена для формулы USBM из-за ее широкого применения в международной практике. Решение основывалось на статистическом анализе пар «коэффициент сейсмичности – показатель затухания сейсмовзрывных волн», взятых из открытых литературных источников. Впервые получены нормальное распределение показателя затухания сейсмовзрывных волн и логнормальное распределение коэффициента сейсмичности, входящие в формулу USBM, и оценены основные характеристики этих распределений. Установлен классификационный критерий, разделяющий сейсмовзрывные источники по типу сейсмического воздействия – повышенного и пониженного, оценена значимость парной регрессии и сделан вывод о статистической значимости коэффициентов, входящих в выражение классификационного критерия. Показаны проблемы классификации сейсмовзрывных источников по уровню их сейсмического воздействия как по формуле USBM, так и по формуле М.А.Садовского. Приведены примеры применения предлагаемой классификации для относительной оценки сейсмического воздействия сравниваемых сейсмовзрывных источников, рассмотрены перспективы дальнейшего исследования.

В статье рассмотрена проблема снижения конкурентоспособности горно-добывающих предприятий вследствие роста затрат на транспортирование горной массы из-за возникновения взаимного несоответствия транспортной и горно-технической систем карьера. Изложен подход к проектированию горно-технических систем глубоких карьеров, основанный на учете надежности технической подсистемы, обеспечивающей грузооборот горной массы. Формирование устойчивого грузооборота горной массы является актуальной научно-практической задачей для обеспечения конкурентоспособности горно-добывающего предприятия. Параметры и показатели подсистем горно-технической системы имеют большое количество взаимосвязей и изменяются в течение срока существования карьера, их формирование рассматривается как совокупность горно-транспортного оборудования, составляющего геотехнические комплексы – буровзрывной, экскаваторно-автомобильный, дробильно-конвейерный, дробильно-перегрузочный и др., являющиеся основным звеном по извлечению и доставке полезного ископаемого на дневную поверхность. Приведены математические модели надежности грузопотоков, формируемых технической подсистемой горно-технической системы карьера, учитывающие зависимость между надежностью системы и эксплуатационной надежностью составляющего ее горно-транспортного оборудования (автомобильного, железнодорожного и конвейерного транспорта, буровых станков, экскаваторов) при различных схемах взаимодействия. Приведенные зависимости могут применяться для моделирования как в процессе проектирования горно-технических систем карьера, так и в анализе надежности отдельных схем транспортирования горной массы и транспортной системы в целом. Целью исследования является разработка схем и математических моделей для определения надежности грузооборота, обеспеченного технической подсистемой карьера (сочетание геотехнических комплексов, оказывающих существенное влияние на технологическую подсистему, грузооборот и производительность карьера).

В статье исследовано влияние окислительно-восстановительных процессов на эффективность извлечения урана методом подземного выщелачивания (ПСВ). Особое внимание уделено роли кислорода и железа в реакциях. Проведен анализ стандартных окислительно-восстановительных потенциалов ионов, участвующих в реакциях. Подробно изучены процессы окисления железа (II) до железа (III) и их влияние на растворимость урана в кислой среде. В экспериментальной части исследована насыщаемость выщелачивающих растворов кислородом с использованием трубки Вентури. Результаты показали, что оптимизация условий окислительно-восстановительных реакций существенно повышает эффективность ПСВ. Кислород, являясь доступным и эффективным окислителем, способствует окислению железа (II) до железа (III), что увеличивает растворимость соединений урана. Экспериментально определена оптимальная скорость потока раствора, обеспечивающая максимальную степень растворения кислорода. Применение трубки Вентури значительно повысило степень насыщения раствора кислородом, что привело к увеличению концентрации железа (III) и, как следствие, к улучшению выщелачивания урана. Разработанная технология позволила достичь увеличения извлечения урана на 38,13 % по сравнению с традиционными методами. Проведенное исследование подтверждает роль окислительно-восстановительных процессов в гидрометаллургии урана и обосновывает необходимость их оптимизации для повышения промышленной эффективности извлечения урана. Трубка Вентури, встроенная в кислый циркуляционный контур без подачи внешних окислителей, за счет роста окисления Fe²⁺ до Fe³⁺ обеспечивает устойчивое повышение Eh, достаточное для перехода U(IV) → U(VI). В работе количественно показаны рост О₂ на ~60-70 %, повышение Eh на ~30-80 мВ и увеличение растворенного U.

Формирование основной базы ресурсов углеводородов Восточного Азербайджана связано преимущественно с глубокопогруженными очагами в интервале среднего эоцена – верхнего миоцена акватории Южно-Каспийского бассейна. Аналоги этих отложений широко распространены в пределах приподнятых структурных зон суши, где они выходят на поверхность или залегают на относительно малых глубинах. Геохимическое изучение образцов обнажений и обломков пород из выбросов грязевых вулканов позволило установить, что горючие сланцы среднего эоцена (среднекоунская свита) и среднего-верхнего миоцена (диатомовая свита) характеризуются исключительно высоким содержанием органического углерода. Отложения майкопской серии, традиционно считавшиеся основными нефтематеринскими породами региона, существенно уступают указанным толщам по степени обогащенности органическим веществом. Пиролиз Rock-Eval, термогравиметрический анализ и кинетическое моделирование подтверждают, что кероген эоценовых и диатомовых сланцев относится к нефтегенерирующему II типу с низкой энергией активации и характеризуется активной стадийной деструкцией. Майкопские сланцы являются материнскими породами с преобладанием керогена III типа, деструкция которого требует высоких энергий активации и обладает газогенерирующим потенциалом. Минеральный состав образцов, характеризующийся слабой степенью иллитизации, и данные ИК-Фурье спектроскопии, указывающие на присутствие длинноцепочечных алифатических соединений, свидетельствуют о низкой термической зрелости керогена, что подтверждают результаты петрографического анализа. Микроскопические исследования и данные пиролиза позволяют предположить, что сланцевая нефть может удерживаться в матрице керогена в адсорбированном или набухшем состоянии. Интеграция геолого-геохимических параметров, определяющих залегание незрелых высокоуглеродистых толщ эффективной мощностью до 40 м на глубинах до 4 км, подтверждает высокий потенциал их термической конверсии для получения синтетических углеводородов. Результаты исследования формируют научную базу для будущих проектов по освоению нетрадиционных углеводородов в сланцевых толщах.

Рост газопотребления, связанный с газификацией регионов России, требует создания новых подземных хранилищ газа (ПХГ) и повышения производительности существующих объектов хранения газа. Создание новых и расширение емкости существующих объектов хранения сопряжено с большими капиталовложениями. Наиболее значительными статьями расходов являются затраты на приобретение буферного газа, который необходим для поддержания пластового давления и производительности ПХГ при отборе газа. Газ обеспечивает «сухую» зону в пределах размещения эксплуатационных скважин, а также формирует переходную зону на газоводяном контакте при упруговодонапорном режиме эксплуатации. Размеры переходной зоны в области газоводяного контакта и необходимый для ее формирования неснижаемый объем буферного газа зависят от типа пласта-коллектора и его фильтрационно-емкостных свойств. При моделировании пластовых процессов в циклах закачки и отбора газа из ПХГ фильтрация газа и воды характеризуется гистерезисом зависимостей относительных фазовых проницаемостей (ОФП), а при создании ПХГ наблюдается еще и смещение зависимостей ОФП в фильтрационных процессах (закачка или отбор газа) одинакового направления. В работе представлены результаты лабораторных экспериментов по фильтрационному моделированию последовательно противонаправленных фильтрационных течений газа и воды в карбонатном пласте-коллекторе с активным аквифером с целью определения количества циклов, необходимых для стабилизации положения ОФП и точек остаточных газо- и водонасыщенности при моделировании закачки газа в ПХГ и его отборе.

Статья посвящена определению Р-Т условий и механизмов формирования Губановской интрузии (Выборгский массив гранитов рапакиви) на основе комплекса петрографических, геохимических методов и термодинамического моделирования (rhyolite-MELTS, машинное обучение). Микроструктурный анализ резорбции плагиоклаза позволил впервые оценить вертикальный размер промежуточной магматической камеры в 1,5-2 км и скорость осаждения кристаллов (< 0,2 млн лет) как продолжительность раннего этапа кристаллизации пород. Комбинированная термобарометрия (минеральная, ML-алгоритмы, rhyolite-MELTS) определила интервал кристаллизации: T = 840-660 °C, P = 5,5-4,0 кбар при fO₂ ~ FMQ и содержании H₂O в расплаве 6-10 мас.%. Установлено, что породы зоны контакта между фазами образовались в результате частичного плавления вещества фазы 2 (с образованием выплавки с 80-84 мас.% SiO₂) под воздействием расплава фазы 3 и последующего смешения этих компонентов. Полученные результаты уточняют эволюционную модель Выборгского массива и демонстрируют эффективность комплексирования традиционных и модельных методов петрологии.