Том 43, № 1 (2020)
Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
Ресурсы стратегического минерального сырья Республики Бурятия: состояние и перспективы развития
Аннотация
Исследования направлены на определение состояния и перспектив развития ресурсов стратегического минерального сырья Республики Бурятия с целью использования их в наукоемких производствах высокотехнологичной промышленности Российской Федерации. Выполнены комплексные геолого-геофизические и прогнозно-металлогенические исследования с учетом ранее проведенных поисково-съемочных, геолого-разведочных и научно-исследовательских работ. Для анализа вещественного состава руд и установления генетических типов месторождений стратегического минерального сырья широко применялись современные минералогические, петролого-геохимические и изотопно-геохронологические методы. Установлено, что геологическое строение региона обусловлено его положением в складчатом обрамлении юга Сибирской платформы, где выделяются благоприятные тектоно-магматические и рудоносные структуры, приведшие к формированию месторождений стратегического минерального сырья различных генетических типов. Ведущее значение имеют и промышленный интерес представляют выявленные в регионе месторождения и проявления бериллия, вольфрама, молибдена, урана, золота, свинца, серебра, никеля, платины, титана, а также алюминия, чистого кварцевого сырья, кадмия, индия, таллия, стронция, бария, редких и рассеянных металлов. Республика Бурятия обладает значительным объемом стратегических металлов, которые способны обеспечить потребности некоторых наукоемких отраслей высокотехнологичной промышленности в нашей стране. Здесь сосредоточено более 700 месторождений полезных ископаемых, из них около 600 учтено государственным балансом. Выявлено более 20 видов минерального сырья, которые относятся к востребованным стратегическим ресурсам.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):8-35
8-35
Поиски гидрогеотермальных резервуаров геофизическими методами в Монголо-Байкальском регионе
Аннотация
Цель данного исследования заключается в изучении возможности поисков гидрогеотермальных резервуаров в Монголо-Байкальском регионе геофизическими методами. Для достижения поставленной цели использованы следующие методы: метод зондирования становлением поля в ближней зоне, метод вертикального электромагнитного зондирования и метод вызванной поляризации. Эти методы хорошо зарекомендовали себя при выделении объектов с контрастными удельными сопротивлениями на различных глубинах. Причиной низких сопротивлений (5-10 Ом·м) твердых пород могут служить трещиноватые зоны, насыщенные высокотемпературными минерализованными растворами (гидротермальные резервуары). В результате проведенных наземных геофизических исследований на эталонном (месторождение гидротерм Шивэрт Архангайского аймака Монголии) и на прогнозном участке вблизи вулкана Сангийн-Толгой в 7-8 км от аймачного центра г. Цэцэрлэг на различных глубинах выявлены гидрогеотермальные резервуары, изолированные от дневной поверхности. Гидротермы месторождения Шивэрт с температурой 67 °С выведены на поверхность неглубокими скважинами до 78 м. На прогнозном участке, расположенном в пределах внутреннего прогиба Хангайского синклинория, глубина залегания гидрогеотермального резервуара - до 700 м и глубже. Пробуренная на этом участке скважина глубиной 450 м вывела на поверхность напорные субтермальные воды с температурой до 16 °С, несмотря на приток холодных вод в нижнем 100-метровом интервале. Также произведена оценка теплового состояния подземной гидросферы Хангайского сводового поднятия по данным о химическом составе более чем 20 термальных источников с помощью гидрогеохимических геотермометров. Высокие температуры подземной гидросферы Хангайского сводового поднятия, связанные с магматогенной термоаномалией, представляют огромный практический интерес. Термальные воды Монголо-Байкальского региона сосредоточены в термовыводящих зонах разломов и при наличии перекрывающих осадочных отложений не всегда имеют выход на дневную поверхность. Геофизические методы вполне могут быть использованы для поисков таких гидрогеотермальных резервуаров.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):36-48
36-48
Влияние продолжительности импульса и времени измерения переходного процесса на проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств земли в измерениях на акваториях с глубиной до 100 м
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в отображении влияния продолжительности импульса и времени измерения переходного процесса на проявление низкочастотной дисперсии электромагнитных свойств геологических образований в измерениях переходного процесса электрическими линиями на акваториях с глубиной не более 100 м. Было проанализировано изменение сигнала переходного процесса Δ U ( t ), конечной разности сигнала переходного процесса Δ2 U ( t ) и трансформанты P 1( t ) - отношения этих величин - в зависимости от продолжительности импульса тока и продолжительности времени измерения переходного процесса для установки, состоящей из источника - горизонтальной заземленной электрической линии (AB) длиной 500 м - и приемника - трехэлектродной электрической линии (MON) длиной 500 м. Сигналы, рассчитанные для проводящей среды, сравнивались с сигналами, рассчитанными для проводящей среды с проводящим поляризующимся основанием. Проводящая среда ассоциируется с толщей морской воды в шельфовых областях с глубинами моря до 100 м и неполяризующимися геологическими слоями. Проводящее поляризующееся основание - это геологические образования, которым свойственна вызванная поляризация. Учет поляризуемости основания осуществлен введением частотно зависимого удельного электрического сопротивления формулой Коула - Коула. Сделанные расчеты показывают, что для изучения поляризационного процесса и поляризационных свойств геологической среды, перекрытой водной толщей, оптимальным условием измерений будет использование более продолжительных импульсов и регистрация сигнала до больших времен. Оптимальным условием измерений будет возбуждение переходного процесса импульсами продолжительностью не менее 4 с и регистрация сигнала в течение не менее 4 с. Для практических измерений, проходящих при буксировании установки, продолжительность времени импульсов и времени измерений влияет на количество измеренных переходных процессов в единице длины линии профиля. Соответственно, приходится ограничивать время импульса и измерений, чтобы улучшить возможности статистического выделения полезного сигнала на фоне помех. Но эти ограничения в то же время должны позволить зарегистрировать и проявление процесса гальванически вызванной поляризации в общем сигнале. Сигнал вызванной поляризации начинает преобладать в сигнале переходного процесса на более поздних временах.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):49-58
49-58
Обогащение полезных ископаемых
Флотационные испытания нового комплексного реагента-собирателя оксидных форм сурьмы на пробе сурьмяной руды месторождения Жипхоша
Аннотация
Цель данных исследований - применение и изучение нового реагента-собирателя оксидных форм сурьмы для сокращения потерь металла с хвостами. Ведущими способами переработки сурьмяных руд являются гравитационные и флотационные методы обогащения. Основная доля извлекаемой сурьмы при обогащении различных типов сурьмяных руд получена за счет наличия в рудах сульфидной формы металла (антимонита). Потери сурьмы в свою очередь связаны с оксидными минералами (стибнит, валентинит, кермзит), форма нахождения которых представлена в виде пленок, линз или чешуек. Единственным известным способом для извлечения оксидов сурьмы из руд различных месторождений является флотационное обогащение. До сих пор для предприятий, перерабатывающих сурьмяные типы руды, нет разработанных схем и режимов флотационного обогащения, позволяющих получить кондиционные или близкие к кондиционным концентраты из оксидных форм сурьмы. Для извлечения оксидных минералов сурьмы применяются жирнокислотные собиратели катионного типа, углеводороды, нефтяные масла и сланцевая смола. В результате проведения исследований в качестве эффективного собирателя сурьмы выбран новый комплексный реагент-собиратель КСSb, состоящий из продуктов лесохимического производства и производной аспарагиновой кислоты. Разработан способ флотации окисленных сурьмяных руд с использованием нового реагента-собирателя КСSb, повышающий технологические и экономические показатели процесса флотации.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):59-65
59-65
Состав проб песка юго-западных и центральных районов Прибайкалья
Аннотация
Целью данного исследования являлось минералогическое изучение проб песка, отобранных на юго-западном побережье оз. Байкал вблизи некоторых населенных пунктов и в п. Хужир, для определения ряда его характеристик, позволяющих сделать вывод о возможности применения песка для нужд пищевой промышленности и пищевой инженерии. Для определения гранулометрического состава песка был использован метод ситового анализа, предполагающий разделение сыпучей смеси на отдельные фракции посредством вибрации с использованием комплекта сит, определение массы каждой фракции и процентного соотношения фракций в исследуемом веществе. Рентгеноструктурный анализ проб песка, произведенный при помощи дифрактометра Bruker D8 Advance, позволил определить фазовый состав вещества и выделить в образцах преобладающие структуры. По результатам проведенного рентгенографического анализа определена кристаллическая структура составляющих минералов. Установлено, что минералогический состав в наибольшей степени представлен кварцем - в разных пробах его доля составляла от 40 до 60 %. Альбит и анортоклаз в данных пробах присутствуют в количестве от 15 до 30 %. Незначительную долю в каждой пробе представляют минералы диккит и индиалит - менее 5 %. В песке, взятом на исследование в п. Ангасолка, около 9 % составляет антофиллит. Результаты ситового анализа после соответствующей обработки показали следующее. Большинство проб по зерновому составу достаточно однородны, в каждой пробе имеется преобладающая фракция. Исключение представляет проба песка из г. Слюдянки, в которой наблюдается большой разброс размеров частиц. Песок отобранных проб может быть классифицирован как озерный или озерно-ледниковый. Кристаллохимический состав достаточно разнообразен. Установлено, что основной составляющей песков являются кварц и полевой шпат, присутствует небольшое количество других минералов. Результаты определения гранулометрического состава свидетельствуют о том, что для песка с побережья вблизи г. Слюдянки характерен большой разброс размеров частиц, в остальных пробах сыпучего материала имеется преобладающая фракция. Для целевого использования в пищевой отрасли наиболее подходящим является песок г. Байкальска, поскольку в пробе преобладает фракция среднего размера.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):66-76
66-76
Разведка и разработка месторождений полезных ископаемых
Обоснование типов промывочных жидкостей для первичного вскрытия терригенных коллекторов углеводородов (юг Сибирской платформы)
Аннотация
Первичное вскрытие продуктивного пласта является важной частью строительства скважины. При некачественном вскрытии существует вероятность закупоривания порового пространства коллектора, что может привести к низкому дебиту углеводородов со скважины или же к его отсутствию. При этом решение данной проблемы очень затратное, сложное, а возможно, поиск данного решения вообще не даст результатов. Такого рода ситуация может привести к экономическим и временным потерям. Авторами рассмотрены существующие типы промывочных жидкостей для первичного вскрытия. В процессе изучения выявлены их преимущества и недостатки, а также степень их влияния на породы-коллекторы. В связи с этим был произведен поиск решения для минимизации негативного влияния промывочных жидкостей на продуктивный пласт. На основе полученных данных предложен способ минимизации негативного влияния промывочных жидкостей на продуктивный пласт, способствующий снижению глубины проникновения фильтрата промывочных жидкостей в пласт, что позволит увеличить продуктивность и длительность разработки скважины.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):77-87
77-87
Математическое программирование в задачах оптимизации процессов бурения скважин
Аннотация
Оптимизационные задачи, решаемые средствами линейного программирования, представляются в виде равенств или неравенств, а функция цели линейна. Методы линейного программирования широко распространены при решении задач техники, пищевой отрасли, химической индустрии. Эта распространенность объясняется доступностью математического обеспечения для решения задач линейного программирования большой размерности и возможностью их анализа при вариации исходных данных. Построение модели линейного программирования включает такие части, как определение переменных задачи, составление ограничений в виде неравенств и представление цели решения в виде линейной функции. В статье дано описание математической постановки задачи и представлена конкретная реализация этого описания на примере так называемых смесевых задач. В данном случае смесью является буровой раствор, технологическое качество которого зависит от входящих в него ингредиентов, стоимость его приготовления должна быть минимальной. Построение модели задачи осуществлялось путем решения ее графоаналитическим методом с привлечением программного кода построения графиков и специального кода решения задач линейного программирования среды MATLAB. Произведен анализ решения задачи, рассмотрены пути улучшения решения путем реорганизации состава смеси.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):88-95
88-95
Анализ работы алмазных долот при строительстве скважин в сложных условиях
Аннотация
Цель данного исследования - анализ применения алмазных долот - долот типа PDC (polycrystalline diamond cutters - поликристаллические алмазные резцы) - при их работе в районах со сложным геологическим разрезом, а также разработка рекомендаций для дальнейшего усовершенствования инструмента. Долота PDC созданы для бурения породы мягкой и средней твердости, в регионах со сложным геологическим разрезом применение данных долот было неэффективным. В ходе работы изучалась механика образования нароста на резцах долота и его воздействие на разрушение горной породы. Исследовалось влияние прокачивания объема бурового раствора и перепада давления в винтовом забойном двигателе на механическую скорость бурения долота PDC. Выдвинут ряд предложений по улучшению геометрии и ориентации резцов инструмента, изменению конструкции площадки калибрующего вооружения и лопастей долота. Предложен ряд мер по уменьшению забойных вибраций долота при его работе. В результате установлен механизм возникновения нароста на рабочей грани резца и его опережающее воздействие на образование трещин в объемном слое породы. Выявлено влияние максимальной подачи раствора на полное отсутствие сальникообразования и резкое увеличение механической скорости бурения. Большую эффективность показали винтовые забойные двигатели с высоким крутящим моментом, найдены оптимальные диапазоны падения давления у долот PDC в зависимости от скорости потока раствора. Предложены методы уменьшения вибраций и стабилизации долот PDC при помощи применения конструктивного исполнения и геометрического улучшения резцов и лопастей инструмента, введения гибридных резцов в качестве резцов вспомогательных. Использование усовершенствованных долот PDC поможет повысить эффективность их работы в сложных геолого-технических условиях Восточной Сибири и Якутии.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):96-102
96-102
Послеремонтные испытания электрических машин шагающих экскаваторов
Аннотация
Экскаваторы-драглайны являются основным средством механизации горных работ при вскрыше угольных месторождений. Надежность функционирования и производительность вскрышных шагающих экскаваторов определяет эффективность работы горных предприятий. В связи с этим цель данного исследования заключалась в повышении надежности работы электромеханического оборудования экскаваторов. Основным методом исследования было моделирование электромагнитных процессов послеремонтных испытаний электрических машин экскаваторов. Проведенные исследования показали, что выход из строя горного оборудования, эксплуатирующегося в условиях Севера, имеет как механическую, так и электромеханическую природу поломок. Отказы, связанные с электромеханическими аварийными ситуациями, чаще вызваны выходом из строя электрических машин постоянного тока главных приводов экскаваторов. Для обеспечения высокого качества ремонта и уменьшения вероятности поломки все электрические машины после ремонта должны пройти соответствующие испытания, в том числе и испытания под нагрузкой. Существующие методы нагружения предполагают механическое агрегирование электрической машины с нагрузочными устройствами. Реализовать эти методы для испытания крупных электрических машин постоянного тока в условиях ремонтных предприятий оказывается сложно. Очевидна перспектива и важность разработки методов испытания, исключающих механическое агрегирование с нагрузочными устройствами. К таким методам относится метод статического нагружения электрических машин. Предложенный способ заключается в разделении испытания на два этапа: на первом этапе производится статическое токовое нагружение, а на втором - динамическое токовое и механическое нагружения в режимах, приближенных к эксплуатационным. Исследования разработанной системы управления электроприводом испытательного стенда показали, что система работоспособна и позволяет проводить испытания электрических машин постоянного тока в полном объеме.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):103-110
103-110
Применение тактильной сенсорной системы при сбойке встречных горных выработок
Аннотация
В настоящее время проблема проведения горных выработок при их сбойке заключается в том, что после проходки они часто совпадают в пределах проектных контуров выработок, что приводит к неоправданным затратам, снижению безопасности и экологичности. Инструментальные методы не решают полностью задачи по качественному определению направления проходки встречных горных выработок при их сбойке, снижают безопасность работ, а также увеличивают затраты на ликвидацию результатов некачественной сбойки. Для совершенствования способа сбойки необходимо дополнение к существующей технологии или новая технология, включающая значительное повышение точности определения направления сбойки горных выработок. Цель данного исследования заключалась в разработке новой технологии определения направления проведения встречных выработок в процессе их сбойки при помощи тактильной сенсорной системы человека. Данная технология реализуется путем сравнения степени воздействия вибрации поверхности массива горных пород в различных точках забоя на ладонь руки. Вибрацию создают бурением шпура, а измеряют ее посредством приложения ладони руки к забою. Предложенная технология может способствовать повышению точности проходки, усилению безопасности, снижению затрат на проведение встречных горных выработок посредством уменьшения величины отклонения от заданного направления при сбойке выработок, увеличению объема добычи полезного ископаемого. Данная технология может использоваться при проведении встречных горных выработок при их сбойке в рудных и россыпных шахтах.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):111-120
111-120
Результаты полевых исследований
Сравнительный анализ кайнозойского вулканизма Восточно-Китайского блока и Тункинской рифтовой зоны Байкальской рифтовой системы
Аннотация
В процессе учебных практик в районах п. Аршан (Иркутская область, Россия) и г. Нанкин (Восточный Китай) были изучены некоторые вулканические структуры. Цель данного исследования заключалась в сборе полевого материала и последующем сравнительном анализе причин возникновения вулканических образований на исследуемых территориях. В статье дана геолого-тектоническая характеристика вулканической деятельности, описаны установленные причинно-следственные связи ее активизации и структурной приуроченности. В качестве методов использовались полевые исследования, анализ литературных и архивных материалов. Главным достижением исследований является определение глобальной причины, повлиявшей на вулканизм территорий. По мнению авторов, общность характеристик в значительной степени обусловлена последствиями Индо-Евразийской коллизии.
Науки о Земле и недропользование. 2020;43(1):121-131
121-131