Том 44, № 4 (2021)
Колонка главного редактора
Колонка главного редактора
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):356-357
356-357
Геология, поиски и разведка месторождений полезных ископаемых
Иркутской школе горных инженеров – 90 лет
Аннотация
Подготовка горных инженеров в Восточной Сибири началась в 1930 г. в Сибирском горном институте (в настоящее время Иркутский национальный исследовательский технический университет). В 1931 г. была создана кафедра горного искусства, которая впоследствии стала называться кафедрой разработки месторождений полезных ископаемых. За прошедший период данной кафедрой было подготовлено более семи тысяч выпускников – горных инженеров, которые в значительной степени определили развитие горной промышленности в Иркутской области, соседних регионах России, а также в Монголии. Для Монголии кафедрой подготовлено более ста горных инженеров и магистров, преподавателям Монгольского политехнического института (ныне Монгольский университет науки и технологии) оказана помощь в организации учебного процесса по подготовке специалистов для горной промышленности страны. На разных этапах становления кафедры разработки месторождений полезных ископаемых ею руководили известные ученые-горняки, создавшие три научных школы по разработке угольных, россыпных и золоторудных месторождений, по результатам исследований которых было присуждено две Государственных премии Российской Федерации, защищено несколько десятков докторских и кандидатских диссертаций, получено около ста патентов на изобретения. В настоящее время кафедра руководит подготовкой горных инженеров по открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых, выполняет большой объем научно-исследовательских и проектных работ по заказам горных предприятий, ведет подготовку научно-педагогических кадров, разрабатывает новые технологии и технические решения по совершенствованию горных работ. Кафедра активно сотрудничает с горнодобывающими предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями, а также вузами, осуществляющими подготовку горных инженеров.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):358-368
358-368
Структура Эрдэнэтского рудного района по гравиметрическим данным
Аннотация
Целью данного исследования являлось построение модели структуры верхней части земной коры рудного района Монголии и трехмерное картирование интрузивных тел, с которыми связывается медно-порфировое оруденение. Авторами выполнена площадная гравиметрическая съемка с плотностью наблюдений 1 пункт на 6 км2 с точностью измерений ±0,8 мГл, в результате которой установлено, что медно-молибденовые рудопроявления района, включая Эрдэнэтское, приурочены к локальным гравитационным минимумам, которые интерпретируются как утолщение тела селенгинских гранитоидов и, в свою очередь, приурочены к локальным углублениям подошвы этого тела. Установлена пространственная близость подводящих каналов рудоносных малых интрузий и крупных гранитоидных тел селенгинского комплекса. Рудоносные порфировые интрузии приурочены к довольно широким (около 10 км) зонам, расположенным над углублениями подошвы всех интрузий селенгинского комплекса (как гранитоидного, так и диоритового состава). Поскольку локальные углубления подошвы гранитоидных интрузивов соответствуют положению подводящих магму каналов, рудоносные малые интрузии внедрялись примерно в тех же местах, где существовали подводящие каналы гранитоидных интрузий селенгинского комплекса. Поэтому можно полагать, что в данном случае имеет место не только тектоническая унаследованность (приуроченность к одним и тем же разломам и местам их пересечения), но и генетическая, поскольку источниками малых интрузий могли являться остаточные расплавы тех же очагов, в которых генерировалась магма интрузий селенгинского комплекса. С этой точки зрения целесообразность выделения самостоятельного эрдэнэтского комплекса представляется спорной. Геофизические данные о пространственной близости подводящих каналов указанных интрузий позволяют лишь поставить вопрос о такой целесообразности. Решение этого вопроса возможно на основе комплексного анализа петрологических и геохимических данных.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):369-381
369-381
Геолого-геофизические исследования российской Арктики для поисков новых нефтегазовых регионов
Аннотация
Российские арктические и субарктические регионы, по мнению многих специалистов, проводивших там исследования, должны быть богаты различными полезными ископаемыми, такими как, например, золото, олово, уголь, кимберлиты и особенно нефть и газ. Цель данной работы заключается в том, чтобы показать возможности региональных геолого-геофизических (аэрокосмических) методов исследования тектонических и морфологических особенностей строения недр Арктического региона, позволяющих провести региональное изучение потенциальных ресурсов нефти и газа как в шельфовых зонах Арктики, так и в горных или болотистых субарктических регионах Восточной Сибири, труднодоступных для некоторых других методов геологоразведки (например, сейсморазведки). В настоящей статье представлены результаты проделанной работы, которые могут позволить в совокупности с возможностями других геолого-геофизических методов проводить более качественные аэрокосмические исследования тектонического строения Арктического региона. В частности, в статье представлена блок-схема пакета компьютерных программ, используемых для математической обработки и геолого-геофизической интерпретации аэрокосмических измерений, проводимых на территории Арктики и Субарктики. Полученные результаты относительно морфологических (концентрических) структур центрального типа, образованных в результате возникновения палеомантийных плюмов, сопоставлены с независимыми данными геолого-геофизических разрезов земной коры, построенных в зонах расположения этих структур. Проведено сравнение полученных данных по нефтегазоперспективности некоторых регионов Арктики и Субарктики с результатами прогнозов других исследователей и организаций.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):382-396
382-396
Геоинформатика
Моделирование поля тектонических напряжений и прогноз распределения трещин в сланцевом коллекторе
Аннотация
Статья представляет способ прогнозирования трещиноватости сланцевых коллекторов, основанный на методе конечных элементов с использованием моделирования поля напряжений, деформационных тестов на одноосное и трехосное сжатие, а также испытаний акустической эмиссии на сжатие. Учитывая характеристики трещин при растяжении и сдвиге, которые в основном возникают в сланцах, богатых органическими веществами, были использованы критерии Гриффита и Кулона – Мoра для расчета скоростей роста трещин при растяжении и сдвиге в сланцевых коллекторах. Кроме того, общая скорость роста трещин в сланцевых коллекторах была рассчитана на основе отношения трещин растяжения и сдвига к общему количеству трещин. Этот метод был эффективно применен для прогнозирования распределения трещин в сланцевом коллекторе формации Лунмаси нижнего силура на юго-востоке Чунцина, Китай, и он обеспечивает новый способ оптимизации перспективных месторождений сланцевого газа. Результаты моделирования имеют важное значение для проектирования горизонтальных скважин для добычи сланцевого газа и создания программ по реконструкции гидроразрыва пласта.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):397-407
397-407
Разработка новой эмпирической корреляции для прогнозирования объемного коэффициента пластовой нефти с использованием методов искусственного интеллекта
Аннотация
Известно, что для нефти, находящейся в пластовых условиях, характерно содержание определенного количества растворенного газа. В процессе снижения пластового давления этот газ выделяется из нефти, существенно изменяя ее физические свойства, в первую очередь плотность и вязкость. Кроме того, происходит уменьшение объема нефти, иногда на 50–60 %. В связи с этим при подсчете запасов необходимо обосновать величину, на которую уменьшится объем пластовой нефти после извлечения ее на поверхность. Для этого введено понятие объемного коэффициента пластовой нефти. Объемный коэффициент нефти считается одним из основных параметров, необходимых для определения характеристик сырой нефти, а также для моделирования и прогнозирования характеристик нефтяного коллектора. Целью данного исследования являлась разработка новой эмпирической корреляции для прогнозирования объемного коэффициента пластовой нефти с использованием методов искусственного интеллекта на базе программного обеспечения MATLAB, таких как искусственная нейронная сеть, адаптивная нейро-нечеткая система вывода и метод опорных векторов. В работе представлена новая эмпирическая корреляция, извлеченная из искусственной нейронной сети на основе 503 экспериментальных точек данных для нефтей с месторождения Восточной Сибири, которая помогла спрогнозировать объемный коэффициент нефти с коэффициентом корреляции 0,969 и средней абсолютной ошибкой меньше 1 %. Проведенное исследование показывает, что точность прогнозирования искомого параметра в разработанной модели искусственного интеллекта превосходит точность результатов исследований с применением обычных статистических методов. Также данная модель может быть полезна в перспективе оптимизации процессов при планировании и разработке месторождений.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):408-416
408-416
Модель прогнозирования поисково-разведочных работ на меднорудном месторождении Хойли в провинции Сычуань, Китай
Аннотация
На основе глубокого изучения 129 типичных месторождений Китая была разработана теория прогнозов и методология разведки руд и подтверждено, что это эффективный метод, особенно подходящий для начальных этапов разведки руды. В этом методе внутренние и внешние факторы металлогенеза объединяются для построения геологической модели прогноза поисковых работ, которая включает металлогеническое геологическое тело, металлогеническую структуру, металлогеническую структурную плоскость и металлогенические характеристики. Район Хойли расположен на западной окраине плиты Янцзы, где региональные металлогенические геологические условия превосходны, в связи с чем здесь сформировалась серия уникальных железно-медных месторождений. В последние годы большие успехи были достигнуты в глубоких и периферийных областях меднорудного месторождения Хойли. В статье меднорудное месторождение Хойли обсуждается в качестве типичного примера, позволяющего проиллюстрировать конкретное применение разработанного метода при поисках глубоких руд гидротермальных месторождений. Металлогеническое геологическое тело – это рудовмещающие вулканические породы (альбитит в группе Хэкоу), а основная металлогеническая структура и структурные плоскости представляют собой границы раздела между основными (средними) вулканическими породами, осадочными породами и возможным вулканическим жерлом. В сочетании с обзором металлогенических характеристик авторы построили геологическую модель для разведки руд на меднорудном месторождении Хойли.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):417-432
417-432
Разведка и разработка месторождений полезных ископаемых
Обоснование параметров наддолотного струйного насоса для вскрытия продуктивного пласта
Аннотация
Целью представленного исследования являлась разработка наддолотного струйного насоса с учетом нестационарности низкооборотного бурения для измельчения инжектированного из затрубного пространства шлама при вскрытии продуктивного пласта. В статье предложено устройство для компоновки низа бурильной колонны, предназначенное для первичного вскрытия продуктивного пласта. В состав устройства входят наддолотный струйный насос и кольмататор. Струйный насос создает дополнительный контур циркуляции бурового раствора над забоем скважины, измельчает инжектированный из затрубного пространства шлам в камере смешения и подает его на кольмататор. Дополнительный контур циркуляции над забоем скважины, в свою очередь, создает местную депрессию пласта при сохранении гидростатического давления в скважине. Дробление шлама в камере смешения струйного насоса происходит за счет создания перекрестных потоков в струйном насосе. Перекрестные потоки обеспечиваются за счет углового и эксцентрического смещения рабочей насадки струйного насоса относительно камеры смешения. Кольмататор создает непроницаемый экран на стенке скважины для временной изоляции продуктивного пласта при первичном вскрытии. В результате исследования авторами предложены напорные характеристики струйного насоса с учетом углового, эксцентрического смещения рабочей насадки. Разработана напорная характеристика струйного насоса при нестационарном режиме работы струйного насоса в компоновке низа бурильной колоны. В напорных характеристиках учтена шероховатость проточной части струйного насоса. С помощью напорных характеристик определены допустимые смещения рабочей насадки струйного насоса. Предложены рекомендации по проектированию струйных насосов для компоновок низа бурильной колонны.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):433-440
433-440
Применение усовершенствованного добычного комплекса для открытой разработки рудных месторождений
Аннотация
Целью данного исследования является снижение потерь минерального сырья и повышение эффективности ведения горных работ с применением добычного комплекса путем внедрения нового технико-технологического решения, расширяющего функциональные возможности оборудования. В ходе исследования проводится анализ известных конструкций выемочного оборудования, способного обеспечивать преобразование циклического процесса черпания в непрерывный процесс погрузки горной массы, а также осуществление просеивания мелких фракций из рудной массы. Перспективным направлением развития выемочного оборудования являются добычные комплексы, обеспечивающие высокую производительность работ. В статье предлагается усовершенствованная конструкция добычного комплекса, позволяющая совмещать выемочно-погрузочный процесс с сортировкой рудной массы. Усовершенствованный добычной комплекс снабжен кольцевым конвейером с виброрешетками, через которые осуществляется просеивание мелких фракций в накопитель. Из накопителя мелкие фракции посредством системы пневмотранспортирования направляются в секции бункера специального транспортного средства, а надрешетный продукт отвальным конвейером грузится в автосамосвал. Собранные в секциях бункера мелкие фракции некондиционной руды отправляются на кучное выщелачивание, а мелкие фракции кондиционной руды – на переработку на обогатительной фабрике. Предлагаемое технико-технологическое решение с применением усовершенствованного добычного комплекса обеспечит снижение себестоимости работ и повышение коэффициента извлечения минерального сырья при разработке сложноструктурных месторождений, руды которых характеризуются природным обогащением мелких классов. Удаление мелких фракций руды непосредственно во время выемочно-погрузочного процесса позволяет существенно уменьшить пыление и сократить потери минерального сырья от выдувания и просыпания мелких фракций.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):441-447
441-447
Исследование совместного влияния некоторых факторов на очистку ствола скважины
Аннотация
Изучение поведения транспорта шлама в различных условиях с помощью экспериментальных наблюдений и вычислительной гидродинамики является основным методом анализа влияния параметров шлама, параметров жидкости и рабочих параметров на очистку скважин. Несмотря на обилие моделей и рекомендаций исследователей, остаются проблемы с точностью определения высоты слоя шлама, критической скорости и других ключевых параметров, что усложняет задачу эффективного решения проблемы очистки ствола скважины. Целью представленного исследования являлось проведение анализа моделей, получаемых с помощью организации полного факторного эксперимента и дисперсионного анализа для выявления влияния таких факторов, как вязкость бурового раствора, скорость его течения в условиях кольцевого пространства и угол наклона скважины на степень выноса модельного шлама. Подобные исследования проводятся с использованием специальных устройств, называемых потоковыми контурами. В ходе проведения работы экспериментальные данные были взяты из литературных источников. Для организации полного факторного эксперимента данные зависимой величины были сведены в комбинационный квадрат, что упростило кодирование факторных величин. После постановки полного факторного эксперимента автором получены модели, позволившие оценить вклад изучаемых факторов в процесс удаления продуктов разрушения в рамках тех их интервалов, которые были определены в ходе постановки задач исследования. Полученные модели позволили установить степень влияния каждого из факторов на изучаемый процесс. Результаты проведенного далее дисперсионного анализа подтвердили указанную степень влияния и определили ранг каждого из факторов в процентном соотношении.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):448-457
448-457
Гидрогеология и инженерная геология
Морфометрический анализ для выявления особенностей формирования паводковых потоков (на примере Улан-Баторской агломерации)
Аннотация
Водные потоки, обладающие значительным расходом воды, имеют высокую разрушительную силу и могут приводить к катастрофическим последствиям. Для освоенных предгорных внутриконтинентальных территорий флювиальные процессы, вызванные неравномерным распределением дождевых осадков по площади, носят угрожающий характер. Целью данной работы являлся количественный морфометрический анализ территории для выявления особенностей формирования паводковых потоков. С использованием бассейнового подхода был выполнен анализ водосборных бассейнов и их ранжирование. На основе SRTM-снимков, фондового картографического материала при использовании геоинформационного программного обеспечения авторами были построены специализированные электронные карты, позволяющие получить количественные параметры, отражающие морфометрию анализируемых бассейнов: геометрию бассейнов, дренажную сеть и рельеф местности. На примере территории Улан-Баторской агломерации показано, как исходные морфометрические параметры бассейнов и водотоков (длина, ширина, площадь, периметр, эрозионное расчленение, плотность дренажной сети, коэффициент рельефа, коэффициент Мелтона и др.) формируют особенности паводковых потоков. Для освоенных территорий исходные данные по морфометрии водосборных бассейнов являются основой составления специализированных карт, которые используются при планировании и строительстве. Сочетание морфометрических показателей на территории Улан-Баторской агломерации свидетельствует о том, что в отдельных водосборных бассейнах возможно формирование крупных паводков и развитие опасных грязекаменных потоков.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):458-470
458-470
Геоэкология
Загрязнение бассейна реки Джелтулак-1 при россыпной золотодобыче (Амурская область)
Аннотация
Целью представленного исследования являлось изучение влияния россыпной золотодобычи на природную среду. Объектом исследования служили природные и природно-техногенные геосистемы реки Джелтулак-1 в Амурской области. Содержания основных катионов и микроэлементов в пробах воды определяли атомно-эмиссионным и масс-спектральным методами. Содержание микро- и породообразующих элементов в донных отложениях, почвах устанавливали рентгенофлуоресцентным методом на рентгеновском спектрометре XRF-1800 (Shimadzu, Япония). Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что содержание железа, марганца, меди, алюминия, ванадия, молибдена, ртути и ионов аммония превышает рыбохозяйственные нормативы в значительной части проб поверхностных вод. Установлено негативное влияние отстойников на качество воды в реке Джелтулак-1 ниже по течению вследствие дренажа дамб. Наибольшие концентрации растворенных форм ртути отмечены в воде отстойников. Валовое содержание мышьяка в пробах донных отложений и почв выше санитарно-гигиенических нормативов в 2,7–14,5 раза. Для ртути – самого опасного поллютанта – детально проработаны распределения среди биогенных компонентов геохимического ландшафта. Выполнено разделение ртутного загрязнения почв по формам нахождения ртути на свободную, физически сорбированную, хемосорбированную, сульфидную и изоморфную формы. Показано, что свободная форма характерна для свежих ртутных загрязнений из-за использования запрещенных технологических схем обогащения золотосодержащих песков методом амальгамации.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):471-484
471-484
Проблемы и вопросы охраны природной среды при освоении углеводородных ресурсов в Мировом океане
Аннотация
Нефтегазовая отрасль развивается уже на протяжении 150 лет. Несмотря на существующие прогнозы того, что роль углеводородов во второй половине XXI века может снизиться, в настоящий момент они играют ведущую роль в мировой энергетике. В связи с этим возникает интерес к изучению существующих тенденций развития отрасли. В данной работе авторы дают обзор и проводят анализ данных за 2011–2021 гг., связанных с развитием освоения углеводородных ресурсов в морской среде. Для авторов также было важно рассмотреть, как выделенные ими тенденции отражаются или отразятся на состоянии экосистем. Проведенное исследование показало, что в настоящее время выделяются три основных направления развития добычи углеводородов в Мировом океане: освоение морской Арктики, континентального шельфа и возможность организации промышленной добычи в глубоководных районах Мирового океана. Для каждого из направлений были определены как существующие, так и возможные экологические и техногенные риски. Среди них – потеря морского биоразнообразия, активизация опасных геологических процессов, непредсказуемость океанической среды, техногенные аварии и катастрофы, сбросы буровых и других производственных отходов и т. п. В работе также указаны проблемы, которые предстоит решить нефтегазовой отрасли. К ним можно отнести поиск новых технологий для добычи в глубоководных районах, малоизученность просторов Мирового океана, необходимость новых подходов в управлении экологическими рисками, а также создание правовых основ для регулирования недропользования в новых условиях и районах.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):485-495
485-495
Краткая информация о новых публикациях
Геологическая история Земли – от зарождения до наших дней
Аннотация
В октябре 2021 года вышла в свет монография М. И. Кузьмина, В. В. Ярмолюка, Д. П. Гладкочуба, Н. А. Горячева, А. П. Деревянко, А. Н. Диденко, Т. В. Донской, В. А. Кравчинского, А. Р. Оганова, С. А. Писаревского «Геологическая эволюция Земли: от космической пыли до обители человечества» под редакцией академика Российской академии наук М. И. Кузьмина и академика Российской академии наук В. В. Ярмолюка. В монографии рассмотрена геологическая истории Земли от ее зарождения до настоящего времени.
Науки о Земле и недропользование. 2021;44(4):496-503
496-503