Том 280

Исследование посвящено количественной оценке скоростей депонирования органического углерода (С_орг) в донных отложениях малых озер, расположенных на юге Западной Сибири. Изученные водоемы охватывают широкий спектр ландшафтно-климатических условий и типов седиментационных обстановок. Несмотря на локальные размеры, малые озера региона демонстрируют исключительно высокую эффективность долговременного захоронения углерода. Показано, что их способность аккумулировать С_орг сопоставима или даже превышает аналогичные показатели таких признанных углеродных депо, как болота и морские шельфы. В основе работы лежит комплексный анализ донных отложений, включающий радиометрическое датирование (Pb-210, Cs-137) для определения скоростей осадконакопления и возраста слоев, а также морфологический, элементный (CHNS-анализ) и рентгенофазовый анализы. По полученным данным выявлено, что средняя скорость депонирования С_орг в исследованных озерах достигает 462±29 г/м² в год. Установлено, что основная часть углерода (> 50 % в большинстве случаев) аккумулируется именно в форме органического вещества даже в озерах с интенсивным внутриводоемным (аутигенным) карбонатообразованием. Исследование выявило основные факторы, контролирующие углеродонакопление: продуктивность водных сообществ (фито- и зоопланктон, макрофиты), общая скорость седиментации, зольность осадков (доля минеральной составляющей) и локальные морфометрические особенности озер (глубина, форма котловины). Отсутствие четкой зависимости скоростей депонирования углерода от ландшафтной зональности подчеркивает критическую важность учета локальных условий при моделировании вклада малых озер в глобальный углеродный цикл. Полученные результаты существенно восполняют пробелы региональной углеродной оценки и доказывают значимость малых озер юга Западной Сибири как высокоэффективных и устойчивых природных депо органического углерода в условиях континентального осадконакопления.

Работа посвящена исследованию ископаемых смол из коллекции Горного музея с помощью инфракрасной (ИК) спектроскопии. Были изучены образцы янтаря р. Исеть Среднего Урала, собранные в начале XIX в. и известные под названием «колчеданский янтарь». Для сравнения изучены ископаемые смолы из других местонахождений Севера Евразии: р. Песчанка побережья Баренцева моря, р. Амдерма Югорского полуострова и р. Хатанга п-ова Таймыр. Полученные данные показали, что «колчеданский янтарь» относится к самостоятельному и широко распространенному в Северной Евразии виду ископаемых смол, находки которого приурочены к отложениям мелового возраста. Ранее этот вид смол определялся как «кранцит» для местонахождения на р. Исеть или как «ретинит» для местонахождений побережья Северного Ледовитого океана. В работе проведено сравнение с другими минеральными видами ископаемых смол. Анализ пиков поглощения ИК-спектра позволил предположить, что по классификации смол К.Андерсона «колчеданский янтарь» относится к классу I, который представлен смолами с преобладанием дитерпеноидов лабданового типа. Отличительным и наиболее характерным признаком ИК-спектра «колчеданского янтаря» является «гребенка» из трех примерно равных пиков поглощения со значениями 936; 909 и 888 см^–1. Анализ систематически значимых признаков ИК-спектра показал, что наиболее вероятным биологическим источником этого вида ископаемых смол были растения из семейства сосновых. Дополнительным аргументом в пользу такого биологического происхождения является сравнение диагностического участка ИК-спектра «колчеданского янтаря» со спектром янтаря о-ва Аксель- Хейберг канадской Арктики, образовавшегося из смолы лжелиственницы Pseudolarix.

В статье представлен анализ опыта эксплуатации эжекционных систем в составе буровых породоразрушающих агрегатов. Объектом исследования является наддолотное калибрующе-эжекционное устройство (КЭУ), которое устанавливается в компоновке низа бурильной колонны (КНБК) и служит для повышения эффективности промывки забоя скважины при бурении за счет работы встроенных эжекционных систем, обеспечивающих эффективный подхват струй промывочной жидкости из наддолотной области, обогащенной шламом и разрушенной горной породой. Предметом исследования является процесс истечения промывочной жидкости через эжекционные насадки (сопла) с различной геометрией поперечного сечения, от которой зависит гидродинамика потока жидкости. Конструкция наддолотного КЭУ объединяет в себе две системы – буровой калибратор и эжекционные устройства, что позволяет одновременно сэкономить место в КНБК, улучшить стабилизацию диаметра ствола и повысить качество промывки забоя скважины. В результате имитационного гидродинамического моделирования эжекционных насадок различной геометрии поперечного сечения (круг, треугольник, квадрат, пятиугольник, шестиугольник правильный и шестиугольник специально ориентированный) установлено, что увеличение скорости ядра потока жидкости, истекающей из модели сопла со специально ориентированным шестигранным сечением, составило около 4,5 % по сравнению с базовой конструкцией (круглое сечение) и около 5,5 % относительно остальных моделей. Выявлено, что конструкция насадки со специально ориентированным шестигранным сечением также позволяет направлять поток жидкости под углом к стенке скважины. Результаты дополнительного имитационного моделирования позволили установить зависимость между углом отклонения потока промывочной жидкости от вертикали и величиной управляющего угла специально ориентированного шестигранного сечения эжекционной насадки, которая открывает возможность целенаправленного управления траекторией движения промывочной жидкости путем изменения геометрии сопла. Эту возможность можно использовать для дополнительного кольматирования стенок скважины без существенного отклонения от проектного диаметра ствола.

В статье представлено экспериментальное исследование влияния добавки оксида хрома (III), восстановленного из хромсодержащего катализаторного шлама, на свойства тампонажных растворов для крепления скважин в зоне многолетнемерзлых пород. Обоснована необходимость модификации тампонажных растворов при повышении прочности цементного камня для интервалов в многолетнемерзлых породах. Разработан метод восстановления Cr(VI) в стабильную форму Cr(III) и получен Cr₂O₃ для использования в качестве активной минеральной добавки. Рассмотрены четыре состава тампонажной смеси: базовый, часто используемый на объектах, на основе ПЦТ с ускорителем cхватывания; на основе ПЦТ; на основе ПЦТ с добавлением оксида хрома (III); на основе ПЦТ с хлоридом кальция и добавлением оксида хрома (III). Эксперименты включают испытания четырех составов при двух водотвердых отношениях (В/Т = 0,4 и 0,5) с оценкой растекаемости, прочности на сжатие и изгиб, микроструктуры (микротомография, SEM) и фазового состава (XRD) при нормальных и отрицательных температурах, включая циклическое изменение температуры. Полученные данные показывают, что при В/Т = 0,5 добавка Cr₂O₃ повышает прочность цементного камня на сжатие и изгиб, наблюдается снижение содержания свободного Ca(OH)₂, увеличивается доля гидросиликатов кальция (CSH), видна более однородная и плотная микроструктура. Модификация увеличивает растекаемость раствора, что способствует лучшему замещению бурового раствора. Очевидна целесообразность применения Cr₂O₃ для повышения долговечности и герметичности крепи в условиях криолитозоны.

Климат – один из основных факторов, определяющих осадконакопление в озерных экосистемах. Комплексные исследования непрерывных кернов осадков озер, включающие радиоуглеродное датирование, определение гранулометрического, минерального и химического составов, а также изучение магнитных свойств позволяют реконструировать условия осадконакопления в позднечетвертичное время. Проведение подобных исследований актуально для озер Южного Урала, приуроченных к климаторазделу и характеризующихся разночтением в интерпретации эпизодов увеличения/уменьшения влажности климата на изучаемой территории. В настоящей работе представлены данные по возрасту, вещественному составу и генетическим особенностям донных отложений озер Большое Миассово и Малое Миассово. Установлено, что рассматриваемые озерные осадки по данным гранулометрии, минерального состава и неорганической геохимии демонстрируют общую для пресноводных озер закономерность преобладания литогенных частиц алевритовой размерности, что подтверждается структурой фактора терригенного сноса F1 по данным факторного анализа. Основным источником аллотигенного материала для исследуемых водоемов выступают четвертичные отложения, представленные фациями элювия, делювия, десерпция, аллювия. Показатель ICV, диаграмма A-CN-K позволили выявить, что осадки изучаемых озер формировались за счет вещества аллотигенных стабильных минералов первичного цикла седиментации преимущественно из четвертичных отложений и обнаженных дочетвертичных горных пород. Пути транспортировки аллотигенного материала связаны с направлениями склоновых потоков и русловых каналов, заметных на карте четвертичных отложений. Результаты комплексного анализа позволили выявить наиболее информативные показатели, сопоставленные с глобальными и региональными климатическими стадиями и событиями: потепление Бёллинга (~14700 к.л.н.), похолодание ~8200 к.л.н., аридизация на Южном Урале (~2000 к.л.н.), событие Бонда 1 (~1500 к.л.н.). Выделены события аридизации климата: ~11430, ~6100, ~4250, ~3537, ~1065 к.л.н.

В работе на материале крупнозернистых пирогенных плавленых пород (паралав) формации Хатрурим впервые установлен характер фракционирования микроэлементов между минералами, кристаллизовавшимися из богатых кальцием Si-недосыщенных расплавов. Методом ЛА-ИСП-МС определены содержания микроэлементов (включая REE) и рассчитаны коэффициенты их распределения в волластоните, ранкините, куспидине, Ti-андрадите, мелилитовых твердых растворах, кальсилите и фторапатите. Главные концентраторы REE – фторапатит (ΣREE до 900 ppm), гранат (до 600 ppm) и куспидин (до 300 ppm); в прочих фазах ΣREE < 100 ppm. Накопление Sr выявлено во всех минералах, кроме граната, ppm: мелилит до 7500, фторапатит до 5500, ранкинит до 4500, волластонит до 2150, куспидин до 2000, кальсилит до 800. Высокозарядные элементы накапливают куспидин (U до 2100, Zr до 1600, Ti до 1300, Nb до 200 ppm) и гранат (Zr до 3000, Y до 600, HREE и Sc до 350, Nb до 130 ppm). Мелилит выступает главным аккумулятором Zn (до 17000 ppm), Ni (до 2100), Cu (до 1200), Mn (до 750), Co (до 100) и Ga (до 65). Мелилит также аккумулирует Ba (до 5500 ppm), а кальсилит – Ba (до 8500) и Rb (до 1350). Рассчитаны коэффициенты распределения микроэлементов для всех перечисленных минералов. Установлено, что изоморфизм в мелилите контролируется тремя структурными позициями: в позиции Ca аккумулируются Na, Sr, Ba; в позиции T1 – Zn, Co, Ni, Cu; в позиции T2 – Fe³⁺ и Ga. Мелилиты, кристаллизовавшиеся из пирогенных расплавов, не аккумулируют значимых количеств REE и высокозарядных элементов. Коэффициенты распределения для пирогенных мелилитов согласуются с данными, полученными для минералов из щелочных комплексов, что позволяет использовать их для реконструкции фракционирования редких элементов в богатых кальцием Si-недосыщенных расплавах. Главными факторами, контролировавшими фракционирование микроэлементов в процессе кристаллизации пирогенных расплавов, признаны кристаллохимические особенности минералов.

Статья посвящена комплексному минералого-геохимическому исследованию бурых углей Мугунского месторождения, расположенного в пределах Иркутского угольного бассейна. Актуальность исследования обусловлена необходимостью рационального использования угольного сырья в условиях растущего интереса к извлечению ценных и потенциально ценных элементов-примесей (в том числе Ge, Ga, Sc, РЗЭ, U и др.) из угля и золошлаков. Целью исследования является выявление закономерностей распределения элементов-примесей в углях и вмещающих породах, установление форм их нахождения, а также реконструкция источников сноса осадочного материала, сформировавшего угленосную толщу. В работе применен комплекс методов, включающий аналитические (рентгеноспектральный и масс-спектрометрический анализы, сканирующая электронная микроскопия) и статистические (корреляционный анализ, анализ главных компонент) методы обработки данных. Установлено, что обогащение углей элементами-примесями обусловлено действием кластогенных, биогенных, диагенетических и эпигенетических процессов. Основные фазы-носители элементов-примесей включают глинистые минералы, в частности каолинит, сульфиды, фосфаты и органическое вещество. Проведен дискриминационный анализ состава терригенных породных прослоев (алевролитов и аргиллитов), залегающих между угольными пластами, по результатам которого реконструированы источники сноса – гранитоиды, кислые и субщелочные вулканиты, распространенные в пределах предгорья Восточного Саяна. Полученные данные позволяют предложить весьма вероятную модель условий углеобразования и прогнозировать распределение элементов-примесей в углях и вмещающих породах.

Представлены результаты комплексного исследования самородного золота из девяти россыпей Мурзинской группы на Среднем Урале. Детально охарактеризованы морфологические признаки, химический состав и внутреннее строение самородного золота, а также минеральных включений в нем. На основе анализа морфологических особенностей и степени окатанности золотин установлено близкое расположение коренных источников золота (от сотен метров до первых километров). По результатам исследования химического состава и минеральных включений выделены три типа самородного золота. Тип I (преобладающий) характеризуется высокой пробой с примесями Ag и Hg, включениями пирита, халькопирита, галенита, молибденита и петцита. Количество примесей в самородном золоте этого типа позволяет выделить подтипы, распространие которых в россыпях отражает зональность коренной минерализации золотокварцевого типа. Тип II отличается повышенными содержаниями меди, включениями борнита; тип III – высокими содержаниями Ag. Определены коренные источники разных типов золота: для типа I – золотокварцевая формация, для типа II – благороднометалльная минерализация в габброидах Павдинского массива. Применение метода дифракции обратнорассеянных электронов (EBSD) позволило детально охарактеризовать внутреннее строение золотин. Обнаруженные высокопробные межзерновые прожилки и срастания золота с минералами группы рабдофана позволили прийти к заключению о нахождении самородного золота в зоне гипергенеза в период активного развития кор выветривания в верхнем мезозое и палеогене. Установлено, что формирование россыпной системы в бассейне р. Мурзинка происходило в неоген-четвертичное время преимущественно за счет коренной минерализации золотокварцевого типа. Полученные данные позволяют локализовать перспективные участки для поиска коренных золоторудных объектов и расширяют представления о металлогеническом потенциале региона.

Анализ результатов тринадцатилетних радоновых исследований на Южных Курилах позволил установить наличие надежной взаимосвязи между тектоническими событиями и аномальными содержаниями наблюдаемого радона (ОАР), извлекаемого из приповерхностного слоя. Аномалии радона сопоставлены с землетрясениями магнитудой выше 4 из каталога Геологической службы США (USGS), произошедшими в радиусе 500 км от пункта наблюдения. Удалось разделить эпицентры тектонических событий на группы, различающиеся по расстоянию относительно точки мониторинга. Землетрясения всегда происходят после максимума предшествующей радоновой аномалии. События первой группы относятся к ближней зоне и находятся в радиусе менее 130 км от точки радонового мониторинга. События второй группы относятся к дальней зоне и находятся на расстоянии более 180 км от точки радонового мониторинга. Предложенный способ определения времени и места тектонического события является результатом проведенных исследований. Основа предложенного способа – измерение концентрации почвенного радона на четырех пространственно-разнесенных точках в углах квадрата с расстоянием между соседними точками 180 км, что соответствует расстоянию дальней зоны. Если аномальная концентрация объемной активности радона фиксируется на одной из станций наблюдения, выполняется проверка наличия радоновых аномалий на других пунктах. При фиксировании аномалии радона как минимум на одном из остальных пунктов наблюдения тектоническое событие ожидается в пределах шести суток с момента максимума радоновой аномалии в пространственных пределах, ограниченных 130 км относительно пункта наблюдения, на котором была зафиксирована первая аномалия ОАР. Предложенный способ применим при защите конкретных объектов в условиях повышенной сейсмической активности. Эффективность способа обуславливается выполнением положений разработанной методики измерений.

Статья посвящена проблеме идентификации микроскопических следов метеоритного вещества в почвах спустя более чем 100 лет после падения. В качестве объекта исследований выбран район Саратовского метеоритного дождя 6 октября 1918 г. В 2024 г. вдоль исторической траектории полета отобраны почвенные пробы, из которых методом шлихового опробования выделена магнитная фракция. Комплекс методов (оптическая микроскопия, сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионным анализом, рамановская спектроскопия) позволил изучить морфологию и состав выделенных частиц. Показано, что основная масса магнитных сферул, вероятно, имеет техногенное происхождение. Однако в пробах обнаружены микрофрагменты пород, содержащие фаялит и оливин с примесями Ni и Cr, а также плагиоклаз с пониженной степенью кристалличности. Их состав и морфология сопоставимы с литературными данными по метеориту Саратов. Полученные результаты доказывают принципиальную возможность обнаружения микрофрагментов метеоритного вещества в современных почвах и демонстрируют эффективность комплексного минералого-геохимического подхода для реконструкции ареалов метеоритных дождей.

Точное прогнозирование температуры образования газовых гидратов необходимо для обеспечения бесперебойной подачи при добыче природного газа и его подводной транспортировке. В данном исследовании использовали 459 экспериментальных точек данных, собранных из литературных источников и охватывающих широкий диапазон давлений – 330-68600 кПа, а также диапазон удельной плотности газа – 0,552-1,03. Эти данные послужили основой для разработки надежных инструментов прогнозирования с использованием всего двух практических входных переменных – давления и удельной плотности газа. Были реализованы два взаимо-дополняющих подхода к моделированию. Во-первых, проведен систематический сравнительный анализ нескольких передовых методов машинного обучения, включая многослойный перцептрон (MLP), обученный с применением алгоритмов Левенберга – Марквардта (LM), байесовской регуляризации (BR) и алгоритма масштабируемых сопряженных градиентов (SCG); сеть радиально базисных функций (RBF); CatBoost; XGBoost; метод опорных векторов с использованием метода наименьших квадратов (LSSVM). Во-вторых, сформулирована оптимизированная эмпирическая корреляция, коэффициенты которой определены с помощью алгоритма нелинейной оптимизации обобщенного приведенного градиента (GRG) для минимизации общей погрешности прогнозирования на всем экспериментальном наборе данных. Среди моделей машинного обучения CatBoost продемонстрировал лучшую прогностическую производительность, достигнув значения AAPRE 0,094 % и коэффициента R² 0,996 на тестовом наборе данных. Разработанная корреляция на основе GRG также показала хорошее соответствие экспериментальным данным, одновременно представляя собой прозрачную и вычислительно эффективную альтернативу, подходящую для быстрых инженерных расчетов. Анализ чувствительности и значения рычага подтвердили надежность, статистическую достоверность и широкую применимость предложенных моделей в исследуемой области.

При автоматизированном извлечении элементов залегания трещин из плотного облака точек существуют проблемы, осложняющие корректную характеристику выхода, нарушенного определенными системами разрывов. В связи с этим проведены опытно-методические работы по анализу трещин и их систем, выделенных автоматизированным способом, для поиска удовлетворительных условий сбора и обработки данных. Первичные материалы с помощью БПЛА DJI Phantom 4 RTK были собраны в зонах Приморского и Северобайкальского глубинных разломов Байкальского рифта. Плотные облака точек получены с помощью фотограмметрического метода. Показано, что однонаправленный ракурс съемки и обнаженность одной стенки выхода горных пород является проблемой для определения систем трещин, но выбор фрагмента цифровой модели обнажений (ЦМО), развернутого к разным сторонам света, позволяет избежать однополярности на диаграмме трещиноватости и обеспечивает получение высокоточных сведений о строении разрывной сети. Правильно подобранный для расчета фрагмент обнажения отражает его системность, экономит время и ресурсы компьютера. При изменении структурной обстановки ЦМО позволяет провести анализ разрывной сети на любом участке выхода, что увеличивает качество и производительность работ. В условиях ограниченного вычислительного потенциала для выделения трещин и их систем достаточно использовать плотное облако точек среднего качества. Правильное применение автоматизированного извлечения элементов залегания трещин и их систем кратно увеличивает эффективность изучения деформационных характеристик горных пород в сфере инженерного воздействия и разработки месторождений полезных ископаемых.

Подледниковая гидрологическая система Антарктиды является уникальным и наименее изученным источником геологической, палеоклиматической и биологической информации, доступ к которой возможен только при проведении прямых исследований с отбором проб воды, взвеси и донных отложений. Наибольшую научную ценность представляют изолированные на протяжении многих сотен тысяч лет участки последовательного осадконакопления с мощными слоями древних донных отложений, не нарушенных ледниковой базальной эрозией. Такие участки располагаются в подледниковых озерах – ключевых элементах подледниковой гидрологической системы Антарктиды. Тема планирования и реализации прямых исследований подледниковых озер Антарктиды, находящихся как под относительно небольшой толщей ледника, так и на глубинах более 2500 м, до сих пор является дискуссионной из-за малого опыта решения подобных задач, а также разногласий в области соблюдения и контроля экологических требований при получении доступа к подледниковым объектам. В статье обобщены результаты междисциплинарных исследований подледниковых озер Антарктиды, включая их локализацию, глубину залегания, морфометрические и гидродинамические параметры, а также состав донных отложений. Особое внимание уделено описанию технико-технологического комплекса исследования подледниковых озер, включающего геофизические работы, бурение скважины доступа, вскрытие озера, определение физических и химических параметров водного объекта, отбор проб воды, донных отложений и взвеси. Анализируются и обсуждаются сложности и ограничения при исследовании «стабильных» подледниковых озер, представлены ключевые направления развития используемых в этой сфере технологий и технических средств.