Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская

Шпилевая, Дарья Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская
ВАК РФ 25.00.11, Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

Автореферат диссертации по теме "Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская"

На правах рукописи

ШПИЛЕВАЯ Дарья Владимировна

ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ, МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ И ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОСВОЕНИЯ ТРУБКИ АРХАНГЕЛЬСКАЯ (МЕСТОРОЖДЕНИЕ АЛМАЗОВ им. М.В. ЛОМОНОСОВА)

Специальность: 25.00.11 - геология, поиски и разведка твёрдых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 2008

003456347

Работа выполнена в Якутском научно-исследовательском геологоразведочном предприятии (ЯНИГП ЦНИГРИ) акционерной компании «АЛРОСА» (закрытое акционерное общество) и на кафедре геологии и геохимии полезных ископаемых геологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Старостин Виктор Иванович

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Зинчук Николай Николаевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор Пирогов Борис Иванович

Ведущая организация: Институт геологии и минералогии СО РАН,

г. Новосибирск

Защита состоится 5 декабря 2008 года в 16 часов в ауд. 415 на заседании диссертационного совета Д 501.001.62 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, Ленинские горы, МГУ, геологический факультет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова, главное здание, 6 этаж.

Автореферат разослан 31 октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.62 доктор геолого-минералогических наук

Н.Г. Зиновьева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Характерной чертой кимберлитовых пород различных регионов Мира является значительная изменчивость их вещественного состава. В результате многолетних исследований специалистами, прежде всего H.H. Зинчуком с коллегами (1980, 1994, 2000), было показано, что на сложность и контрастность минералогического облика кимберлитовых пород в значительной мере воздействует и развитие комплекса вторичных минералов, главными из которых являются серпентин и карбонаты, которыми в основном они и сложены. Безусловно, здесь играют свою роль полигенность и гетерохронность компонентов слагающих трубки пород в условиях образования от верхней мантии, через пневматолито-гидротермальную стадию, до гипергенеза.

Одной из отличительных особенностей кимберлитовых пород Архангельской алмазоносной провинции (ААП) является их масштабная сапонитизация, в то время как у кимберлитов Якутии она обычно не проявляется, или масштабы её носят ограниченный характер.

При промышленной отработке запасов алмазов кимберлитовых пород ААП, по причине их масштабной сапонитизации, возникнут дополнительные проблемы отрицательного воздействия на природную, включая геологическую среду. В процессе обогащения кимберлитовых пород легкая фракция (минеральные частицы с удельным весом менее 2,7-2,8 г/см3) в виде пульпы сбрасывается в хвостохранилища. При этом количество твердой составляющей в сбрасываемой пульпе варьирует в широких пределах, в зависимости от исходного состава пород. Гигроскопический сапонит будет находиться в водной среде в виде суспензии, затрудняя или вообще препятствуя использованию оборотного водоснабжения в процессе обогащения и сбросу вод в естественные водоемы. В конечном итоге это может привести к переполнению хвостохранилищ, прорыву дамб и, даже, к приостановке работ по добыче алмазов.

То есть, потребуется, как минимум, проведение более углубленного изучения кимберлитов с целью как совершенствования подходов к технологии их обогащения, так и достижения комплексности освоения месторождения (алмазы + магнезиальные глины). Сапонит является ценнейшим минеральным сырьем с привлекательными перспективами народно-хозяйственного потребления. Сейчас важно понять, что отходы обогащения кимберлитов месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова можно и нужно рассматривать как техногенные месторождения магнезиальных глин, утилизация которых может привести к существенному повышению рентабельности разработки месторождения в целом.

Комплексное использование минерального сырья позволит, прежде всего, сократить затраты на строительство и поддержание хвостохранилищ, а также существенно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду в районе работ. В то же время, специальных комплексных исследований сапонитов месторождения им. М.В Ломоносова с позиций масштабности их проявления в кимберлитовых породах, генетической природы, возможного использования в виде полезного ископаемого ранее практически не проводилось, что определяет актуальность выполненных исследований.

Цель работы и задачи исследований. Цель работы - на основе изучения процессов вторичной минерализации и состава вторичных минералов трубки Архангельская определить масштабы проявления сапонитизации кимберлитовых пород и выработать рекомендации по возможной попутной добыче и использованию сапонита при комплексном освоении минерального сырья для повышения экономической эффективности отработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, а также по снижению неблагоприятной экологической нагрузки на природную среду.

Для достижения поставленной цели потребовалось комплексно решать ряд взаимосвязанных задач. Главные из них:

1. Основываясь на имеющихся знаниях о геолого-структурном положении Зимнебережного алмазоносного района, геологическом строении, гидрогеологических и инженерно-геологических условиях локализации месторождения им. М.В. Ломоносова, а также с учетом особенностей начала его отработки, разработать оптимальный комплекс экспресс-методики оценки вторичной минерализации кимберлитов месторождения на примере трубки Архангельская и на основе полученных результатов смоделировать масштабы сапонитизации в пределах пород диатремы.

2. Изучить состав отвальных продуктов обогащения кимберлитовых пород трубки Архангельская и установить особенности их осаждения в местах складирования.

3. С учетом полученных результатов исследований кимберлитов трубки Архангельская, отвальных продуктов обогащения кимберлитовых пород, а также с использованием оригинальных данных Ломоносовского горно-обогатительного комбината (ГОКа) дать оценку воздействия сапонита на окружающую среду при разработке месторождения им. М.В. Ломоносова.

4. Изучить возможные направления и выработать рекомендации по использованию отходов алмазодобывающей промышленности с целью снижения негативного воздействия на окружающую среду, в результате чего дать оценку экономической эффективности при условии реализации предлагаемых способов утилизации сапонита.

Фактический материал, методы и объёмы исследований. В основу диссертационной работы вошли результаты исследований, выполненных автором в период обучения (2003-2007 гг.) в заочной аспирантуре геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также в процессе работы (с 2003 г. по настоящее время) в структурном подразделении АК «АЛРОСА» в г. Архангельске — лаборатории Якутского научно-исследовательского геологоразведочного предприятия ЦНИГРИ. Исследования включали полевые геологические наблюдения, лабораторные работы и анализ полученной геологической информации. Автором использован огромный фактический материал, накопленный за многие годы работ в Юго-Восточном Беломорье, в частности в Зимнебережном алмазоносном районе, как геологами-производственниками, так и представителями науки. Кроме того, была задействована база данных фактического материала структурного подразделения АК «АЛРОСА» в г. Архангельске «AJ1POCA-Поморье». Использован также фактический матери&ч, приведенный в фондовых работах специалистами Северного отдела комплексных исследований ЦНИГРИ, изучавших вторичные минералы пород трубки Архангельская в 1983 — 1985 году, а также позаимствованы некоторые результаты исследований к.г.-м.н Гаранина К.В. по щелочно-ультраосновным породам ААП (2006). Материал для исследований отобран автором, в основном, из сохранных образцов керна шести разведочных скважин в разрезе алмазоносной трубки Архангельская в интервале глубин от 24 до 455 м, в том числе по одной скважине до глубины 915 м, а также из бортов карьера на этой трубке. Кроме того, были опробованы отвальные продукты (хвосты) обогащения кимберлитов.

Образцы пород подвергнуты макроскопическому и микроскопическому описанию, затем по ним выполнен рентгенофазовый, рентгеноструктурный и ИК-спектроскопический анализы.

Диагностика разновидностей кимберлитов проводилась в прозрачных и прозрачно-полированных шлифах традиционными оптико-микроскопическими методами на микроскопе фирмы «LEICA DMRX» (Германия).

Рентгенофазовый полуколичественный анализ осуществлялся методом порошковой рентгеновской дифрактометрии на дифрактометрах ДРОН-З.О и ДРОН-4 с использованием СиКа- излучения, с графитовым монохроматором. Для диагностики глинистых минералов проводилось насыщение образцов этиленгликолем и отжиг при 600 °С в течение 1 часа.

Изучение ИК-спектров минералов и пород проводилось на спектрофотометре MPS-2000 производства фирмы «SHIMADZU» (Япония), а также на ИК-ФУРЬЕ-спектрометре ФСМ 1201. Для отдельных образцов с целью дополнительной диагностики сняты ИК-

спектры на спектрометре Specort 75 с запрессовкой таблеток образцов в КВг. Подготовка образцов проводилась в соответствии с требованиями определенного метода исследований.

Трехмерное моделирование (ЗО-модель) распределения глинистых минералов кимберлитов трубки Архангельская проведено с использованием компьютерной программы MicroMine.

В результате, в основу работы положен следующий аналитический материал: визуальное обследование 1000 образцов кимберлитовых пород трубки Архангельская; микроскопическое, под бинокулярной лупой, изучение 500 прозрачных шлифов из 200 образцов; по 250 образцам получено около 500 ИК спектров; более 150 образцов подвергнуто рентгенофазовому анализу и около 30 образцов рентгеноструктурному анализу.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Впервые, с использованием специально разработанного комплекса экспресс-методов изучения минерального вещества, проведены исследования кимберлитовых пород трубки Архангельская и получены новые данные об особенностях их вторичной минерализации.

2. С использованием аналитических данных по образцам из скважин на трубке Архангельская впервые смоделировано пространственное распределение глинистых минералов, характер которого согласуется с особенностями внутреннего строения диатремы.

3. Впервые высказано предположение о том, что сапонитизация кимберлитов ААП обусловлена длительным воздействием на них грунтовых вод, в результате чего серпентин был редуцирован в сапонит вследствие гидратации, подтверждением чему являются характерные экзогенные изменения не только кимберлитов, но и индикаторных минералов.

4. Впервые изучены отходы обогащения пород кратерной части трубки Архангельская в составе хвостохранилища и установлена латеральная и вертикальная зональность распределения их при осаждении.

Практическая значимость. Практические результаты работ сводятся к следующему:

1. Применение предложенного комплекса экспрессной оценки вторичной минерализации кимберлитов будет способствовать оперативному расчету количества сапонита, поступающего в обогатительный процесс и/или в отвальные продукты обогащения, в хвостохранилище, благодаря чему может достигаться эффективное воздействие на технологические процессы.

2. Установленная зональность в накоплении и распределении сапонита в отходах обогащения позволяет обеспечить его эффективное извлечение непосредственно из суспензии, что будет позитивно воздействовать на объемы хвостохранилищ и способствовать решению ряда других вопросов экологического характера.

3. Разработанный и запатентованный способ переработки отходов алмазодобывающей промышленности предполагает использование сапонита в отраслях народного хозяйства, достигая тем самым уменьшения негативного воздействия на окружающую среду за счет сокращения объемов хвостов обогащения и отвалов пустых пород , а также повышения экономической эффективности разработки месторождения за счет комплексного использования минерального сырья.

Защищаемые положения:

1. Уточнена геолого-литологическая модель алмазоносной трубки Архангельская. С использованием специально разработанного комтекса экспресс-методов диагностики и изучения вторичной минерализации в составе трубки установлены и разграничены зоны вторичной минерализации, которые четко согласуются со слагающими ее текстурно-структурными разновидностялш пород: вулканогенно-осадочныт породами кратера (туфопесчаники, туфы и туффиты) и магматогенными породами жерла (автолитовые брекчии). Установлено наличие зоны развития кварца в интервале 144-151 м, на границе между породами кратерной и жерловой фаций диатремы. По сравнению с составом пород кратера в жерловой части резко падает количество песчаного материала. Количество минералов группы серпентина (хризотил, лизардит) в трубке до глубины 450 м (предполагаемая глубина карьера) незначительно (в среднем 5-10 %, до 20 % в отдельных зонах) и связано только с породами жерловой фации, а содержание минералов группы смектитов (сапонит - СаМ%г0Н2*А11$и0т](Н20)) в этом интервале глубин составляет 80-95%.

2. Создана объемная компьютерная модель распределения сапонита и серпентина в трубке Архангельская. Обоснован процесс генезиса магнезиачьных глин в трубке, образующихся при вторичной минерализации щелочно-ультраосновных пород в низкотемпературных условиях из серпентина под действием постоянно циркулирующих грунтовых вод при интенсивном и длительном промывном режиме, начиная с момента формирования тела (поздний девон).

3. Состав отходов алмазодобычи трубки Архангельская и выявленные формирующие их основные минеральные фазы (пески, текучие глины и «сапонитовая суспензия») позволили установить латерачьную и вертикальную зональность накопления сапонита в хвостохранилище. На основании выявленных закономерностей сделан вывод, что экстрагирование сапонита из хвостохранилища может быть эффективно обеспечено непосредственно из «сапонитовой суспензии» методом осадителыюй центрифуги. В результате, площадь проектируемых хвостохранилищ, рассчитанная на 68 млн тонн выведенного сапонита, может быть значительно сокращена, что способствует

эффективному решению экологических проблем освоения не только трубки Архангельская, но и всего месторождения им. М.В. Ломоносова.

4. Определение физико-химических особенностей состава сапонита из трубки Архангельская и проведение экспериментального изучения возможностей использования сапонита в различных областях народного хозяйства позволили предложить способ его применения (сырьё для производства керамических и прессованных стеновых материалов, стеклокристаллических материаюв, керамзита и пористых наполнителей бетона, высокотемпературной керамики, железорудных окатышей, а также сорбентов и катализаторов). В результате рекомендовано комплексное освоение минеральных ресурсов, с извлечением из руды алмазов и сапонита из хвостов обогащения кимберлитовых пород, позволяющее повысить рентабельность отработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова и снизить степень негативного воздействия на окружающую среду при его отработке.

Апробация работы. Материалы по теме диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, задачи, перспективы» (Архангельск, 2003); XI Международной конференции «Ломоносов» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2004); «Ломоносовских чтениях» (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2006); научных чтениях им. Г.П. Кудрявцевой (Москва, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2008).

По теме диссертации опубликовано 6 работ, включая патент на изобретение (2003 г.) новой технологии утилизации отходов алмазодобывающей промышленности для производства широкого спектра промышленных материалов. Из них одна работа - в журнале из перечня ВАК.

Благодарности. Инициатором настоящей работы и первым научным руководителем диссертанта выступила безвременно ушедшая из жизни видный исследователь щелочно-ультраосновного магматизма, знаток алмазной геологии, д.г.-м.н Г.П. Кудрявцева. Автор безмерно благодарна Галине Петровне и выражает надежду, что сумела раскрыть в работе её ценные рекомендации.

Автор выражает благодарность академику АН PC (Я), д.г.-м.н, проф. H.H. Зинчуку, поддержавшему выбранную направленность исследований в настоящей работе, за его внимание и полезные советы.

Особая благодарность выражается научному руководителю д.г.-м.н, проф. В.И. Старостину за его понимание и терпение, бесценные советы и консультации, а также к.г.-м.н К.В. Гаранину и д.г.-м.н В.К. Гаранину за ту поддержку и помощь, которую они постоянно оказывали автору при обучении в аспирантуре и подготовке диссертационной работы.

Автор признателен также д.г.-м.н В.П. Афанасьеву, д.г.-м.н, проф. М.Г. Губайдуллину, д.г.-м.н, проф. П.А. Игнатову, кандидатам геолого-минералогических наук A.B. Герасимчуку, В.Н. Устинову, В.В. Третяченко, Т.А. Черной за внимание к работе, полезные консультации и помощь; сотрудникам Лаборатории месторождений алмаза Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и более всего Е.Б. Бушуевой за участие в проведении измерений ИК-спектров пород и минералов; сотруднику ИПКОН РАН к.т.н A.B. Подгаецкому, а также сотрудникам компаний ОАО «Севералмаз» - к.т.н Е.П. Валуеву, В.Н. Заостровцеву, А.К. Иванову и «АЛРОСА-Поморье» - Г.В. Минченко, В.А. Ларченко, Р.В. Агафоновой, Д.Е. Горлову, Л.П. Подкуйко и многим другим, кто помогай в сборе информации, проведении исследований, содействовал и морально поддерживал при выполнении работы.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав и заключения. Общий объем работы 148 страниц, включая 43 рисунка, 13 таблиц. Список литературы содержит 104 наименования отечественных и зарубежных публикаций авторов.

Краткое содержание работы

Во введении сформулирована актуальность постановки исследований, определены цель и задачи работы, отмечена ее научная новизна и практическая значимость, изложены основные защищаемые положения.

В главе I приведены краткие сведения о геологическом строении Зимнебережного алмазоносного района, месторождения им. М.В. Ломоносова и более детально охарактеризована трубка Архангельская.

В главе 2 обоснована методика изучения особенностей вторичной минерализации щелочных ультраосновных магматитов.

В главе 3 приводятся основные результаты изучения вторичной минерализации на трубке Архангельская, рассмотрены вопросы генезиса сапонита и проблемы утилизации отходов алмазодобычи.

В главе 4 рассмотрены экологические и экономические аспекты разработки трубки Архангельская и алмазного месторождения им. М.В. Ломоносова в целом.

В заключении сформулированы основные выводы по результатам исследований, намечены перспективы дальнейшего изучения процессов вторичной минерализации в целом по месторождению им. М.В. Ломоносова.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ

Первое защищаемое положение: Уточнена геолого-литологическая модель алмазоносной трубки Архангельская. С использованием специально разработанного комплекса экспресс-методов диагностики и изучения вторичной минерализации в составе трубки установлены и разграничены зоны вторичной минерализации, которые четко согласуются со слагающими ее текстурно-структурными разновидностями пород: вулканогенио-осадочными породами кратера (туфопесчаники, туфы и туффиты) и магматогенными породами жерла (автолитовые брекчии). Установлено наличие зоны развития кварца в интервале 144-151 м, на границе между породами кратерной и жерловой фаций диатремы. По сравнению с составом пород кратера в жерловой части резко падает количество песчаного материала. Количество минераюв группы серпентина (хризотил, лизардит) в трубке до глубины 450 м (предполагаемая глубина карьера) незначительно (в среднем 5-10 %, до 20 % в отдельных зонах) и связано только с породами жерловой фации, а содержание минералов группы смектитов в этом интервале глубин составляет 80-95 %.

Алмазоносная трубка Архангельская располагается на южном фланге месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, которое является одним из крупнейших в мире коренных месторождений и объединяет в своем составе шесть кимберлитовых трубок - типичных воронок взрыва с четко выраженным раструбом в верхней части, характеризующихся сложным внутренним строением, обусловленным многофазностью их формирования. Кратерные части сохранились у трубок Пионерская, им. Карпинского-1 и Архангельская, где выполнены толщей продуктивных осадочно-туфогенных пород средней суммарной мощностью от 72,7 м (трубка Карпинского-1) до 131,1 м (трубка Архангельская). Жерловые части трубок выполнены двумя разновидностями кимберлитов: автолитовыми брекчиями и туфо-, ксенотуфобрекчиями, которые слагают самостоятельные рудные столбы. Кимберлитовые породы месторождения характеризуются низким и средним уровнем алмазоносности, в целом изменяющимся в сторону увеличения в ряду: туфогенно-осадочные породы (0,13-0,15 кар/т) - ксенотуфобрекчии, туфобрекчии (0,03-0,30 кар/т) - туфы, туффиты (0,40-0,77 кар/т) - автолитовые брекчии (0,30-2,08 кар/т).

Кимберлиты месторождения различаются между собой, прежде всего, по содержанию магматогенной и ксеногенной составляющих. Содержание лито-, кристаллокластов и связующей массы в кимберлитах изменяется в весьма широких пределах. Общие черты петрографического и минерального состава кимберлитовых пород указывают на генетическое родство кимберлитовых трубок, что позволяет рассматривать алмазоносные

породы месторождения как единый технологический тип. Вмещающими кимберлиты являются слаболитифицированные песчано-глинистые породы вендского комплекса, суммарной мощностью 900 м, а перекрыты они рыхлыми образованиями среднекарбонового и неоген-четвертичного возраста мощностью от 28 до 54,5 м (Вержак и др., 1987).

Характерной особенностью кимберлитов месторождения является низкий выход тяжелой фракции (от 0,75 до 5,38 кг/т), увеличивающийся в ряду: автолитовая брекчия -туфо-, ксенотуфобрекчия - туфы и туффиты. Минеральный состав легкой фракции, слагающей, по сути, основную массу кимберлитовых пород, характеризуется повышенным выходом вторичных силикатов (сапонита, серпентина, талька, сепиолита и других), развивающихся по первичным минералам кимберлитов, а также слагающих основную массу кимберлитовых брекчий тонкодисперсных минералов. Во всех разновидностях пород, за исключением автолитовых брекчий, в большом количестве присутствует ксеногенный кварц. Содержание минералов-спутников алмаза определяется в 0,02-0,14 кг/т, представлены они мелкими зернами хромшпинелидов, хромдиопсида, пиропа, оливина и других, при явном преобладании первых (Вержак и др., 1987).

Для того чтобы извлечь из кимберлитов содержащиеся в них алмазы, с учетом применения основанной на гравитационных принципах технологии обогащения, из тонны исходной руды, например, пород кратерной части трубки получают так называемый концентрат весом максимум 50 кг. Этот концентрат консолидирует в своем составе тяжелую фракцию - фрагменты породы плотностью более 2,5-3,0 г/см5, включая алмаз. Остальные же более чем 950 кг от исходной пробы объемом 1 тонна, представляют собой «пустую породу» - отвальные продукты обогащения (хвосты), направляемые в обводненном состоянии, в виде пульпы, в хвостохранилище. Очевидно, что подавляющая масса поступающих в хвостохранилища хвостов представлена глинистыми минералами, прежде всего сапонитом.

Вместе с тем, состав минералов легкой фракции, включая глинистые минералы, и особенности их распространения в объеме кимберлитового тела специально не изучались. Попытка восполнить этот пробел сделана в данной работе на примере изучения кимберлитов трубки Архангельская, где в настоящее время ведется добыча алмазов.

Трубка Архангельская относится к слабо эродированным крупным рудным залежам. Тело трубки прорывает толщи докембрийских пород и сверху перекрыто отложениями среднекаменноугольного и неоген-четвертичного возраста, суммарной средней мощностью 28,4 м, имеет в плане грушевидную форму, обусловленную осложнением ее правильного овального облика дайкообразным выступом на юго-западном фланге. Размеры трубки по длинной и короткой осям: 550 х 490 м. Общее простирание кимберлитового тела северовосточное 25°. Площадь около 15 га (Медведев и др., 1991).

Отличительной особенностью структуры кратерной части трубки является её трехчленное строение. Сверху вниз выделяются вулканогенно-осадочная пачка, состоящая из песчаников, туфогенная пачка и ещё одна вулканогенно-осадочная пачка, состоящая также преимущественно из песчаников, залегающих на автолитовых брекчиях жерла.

Для изучения особенностей проявления процессов вторичной минерализации и характера распределения минерального состава в породах трубки Архангельская по разрезу и по латерали, нами произведен отбор образцов из керна разведочных скважин [6]. Схема расположения скважин с отражением мест отбора образцов показана на рисунке 1, исходной основой которого служит объемная геологическая модель изучаемой трубки.

1 |ark-01 ij 2.

Рис. 1 Схема опробования кимберлитовых пород трубки Архангельская I-буровые скважины с указанием места отбора образцов; 2-фации трубки: а-кратерная, б-жерловая

В результате проведенных аналитических исследований установлено, что как по данным рентгенофазового анализа, так и по ИК-спектроскопии, в разрезе скважин выделяется 4 близких по минеральному составу толщи, состоящих преимущественно из вторичных минералов, что наглядно проиллюстрировано на примере скважины ARK-01L (табл. 1).

Таблица 1

Состав пород трубки Архангельская (скважина АЯК-01Ь) по данным рентгенофазового анализа (РФ) и ИК-спектроскопии

Ко Глуб. Метод Содержание минералов в образцах породы, масс. % Примечание

м Кварц | Доломит Смекни Кальцит Серпентин Прочие

У рзугские отложения

1 24 РФ 52,5 17,4 - 0,3 - п.ш-29.8

ИК * * * * *

К ратерная фация

Верхняя пачка (туфогенно-осадочиые породы) >

2 26 РФ 78,7 20,7 - 0,6 - п.ш.-следы §-

ИК 444 А * |

3 32 РФ 50,6 49,4 следы - - -

ИК * * * * *

4 66 РФ 32,5 55,2 10.4 1,9 -

ИК * * * 44 *

Средняя пачка (осадочно-туфогенпые породы)

5 76 РФ 6,5 9.5 83.9 - -

ИК 4 * * А * *

6 86 РФ 2,1 1,3 96.4 - - -

ИК 4 * * 4 4 4

7 126 РФ 90 3 4 1.5 - слюда и тальк-1,5, гематит-следы I

ИК *** 44

8 136 РФ 93 - - - - слюда-7,0

ИК * * . А *

Нижняя пачка (туфогеипо-осадочпые породы)

9 138 РФ 94-97 - - - - слюда-до 5

ИК * * * 4 *

10 148 РФ 92 - - - - слюда, п.ш., гематит-до 6,3 1 1

ИК *** * *

Жерловая фация (автолитовые брекчии)

]] 163 РФ 6,3 93,7 -

ИК * * *

12 173 РФ 1,5 1,2 94 0.7 - тальк, слюда, п.ш.-2,6

ИК * 4 444

13 203 РФ - - -98 - - ~2

ИК 444 4 *

14 213 РФ 0,7 - 97 1,3 следы тальк, гематит-до 1, слюда следы —. с г

ИК 44 |

15 259 РФ 2,2 - 1 3 тальк, амфибол, гематит, слюда-до 3,7

ИК * * следы

16 299 РФ 0,8 - 87.2 0,3 11.1 амфибол, гематит-до 0,6

ИК

17 309 РФ 1,2 - 85 0,7 11 слюда-1,2

ИК » 1 1

100 до 60 %), ЕШ- среднее (от 60 до 20 %), СИ- низкое (менее 20 %); доломит: СИИ— среднее, I — низкое; смектит (сапонит): высокое, ИИ- низкое; кальцит: I . '.']— низкое; серпентин: ! !-

низкое. 2. Содержание минералов в образцах, по данным ИК-спектроскопии: \^11\-высокое; I **..!-среднее; Г73-низкое

Толща 1 выделяется в нижней части изучаемого разреза (глубина более 170 м). В минеральном составе пород существенно преобладают смектиты, представленные двумя фазами. В воздушно-сухом состоянии одна из них (I) имеет межплоскостное расстояние с!оо1=14,5 А, вторая (II) <Зоо1=13,2 А. В большей части образцов доминирует первая фаза. Смектиты принадлежат к триоктаэдрической серии, о чем свидетельствует величина (Зобо=1)53 А. Высокое содержание магния в кимберлите позволяет заключить, что смектиты представлены именно сапонитами. На всем протяжении толщи из слоистых силикатов установлен серпентиновый минерал, вероятно лизардит (пластинчатая разновидность), его содержание не превышает 10-15 % минерального состава пробы. Вверх по разрезу содержание серпентина довольно быстро падает. Помимо смектитов и серпентина в небольших количествах присутствуют кальцит, кварц, иллит и др.

Толщу 2 можно обозначить интервалом глубин от 125 до 170 м, в котором минеральный состав породы значительно меняется. В образцах резко доминирует кварц, присутствует диоктаэдрическая слюда политипа 2М| (мусковитового типа), гематит, в незначительных количествах калиевый полевой шпат (кпш), хлорит, следы смектита.

Толща 3 наблюдается выше по разрезу, до глубины около 60 м. Здесь вновь появляется триоктаэдрический смектит (фаза с с!оо1=15,3 А) в сопровождении кварца, доломита, в небольших количествах отмечается иллит, кальцит, кпш, гематит.

Толща 4 приурочена к верхней части разреза, где доминирует кварц, присутствуют иллит, 15,3 А-смектит, доломит, кпш, следы гематита.

Резюмируя вышеприведенное, акцентируем внимание на следующем:

- содержание минералов в образцах, полученное путем ИК-спектроскопического анализа, подтверждается исследованиями рентгенофазового анализа, что говорит о наибольшей эффективности комплексного использования этих методов;

- по всему изученному разрезу трубки Архангельская развит смектит, идентифицированный как сапонит, учитывая магнезиальный характер кимберлита;

- серпентин, являющийся характеристическим минералом кимберлитов и, как правило, доминирующий в кимберлитовом матриксе, в кратерной фации отсутствует и в незначительном количестве отмечается в жерловой фации, где его содержание постепенно увеличивается, начиная с глубины 260 м;

- в кратерной части трубки Архангельская происходит резкое разубоживание кимберлитов ксеногенным материалом вмещающих пород. Резкая смена минерального состава пород (преобладание кварца) происходит на интервале 144-151 м; именно здесь проходит граница между жерловой и кратерной частями кимберлитового тела.

Всё это позволяет первое защищаемое положение считать обоснованным.

Второе защищаемое положение: Создана объемная компьютерная модель распределения сапонита и серпентина в трубке Архангельская. Обоснован процесс генезиса магнезиальных глин в трубке, образующихся при вторичной минерализации щепочно-ультраосновных пород при низкотемпературных условиях из серпентина под действием постоянно циркулирующих грунтовых вод при интенсивном и длительном промывном режиме, начиная с момента формирования тела (поздний девон).

Результаты аналитических рентгеноструктурных исследований и инфракрасной спектроскопии образцов кимберлитов, отобранных по разрезам 6 разведочных скважин на трубке Архангельская, использованы как база данных для построения с применением программы МкгоМще трехмерной модели распределения глинистых минералов в её составе [6]. В качестве исходной модели задействовано ранее отстроенное специалистами АК «АЛРОСА» с помощью программы МкгоМте объемное отображение геологической модели трубки Архангельская. Формирование блочной модели глинистых пород трубки было осуществлено с использованием метода обратных расстояний, с последующим отображением содержаний в цвете в трехмерной среде. Как следствие, создана трехмерная компьютерная модель распределения сапонита и серпентина в составе трубки Архангельская (рис. 2).

I 2 3

га* о из е. ш -яш а о о я«

Рис. 2 Объемная модель распространения сапонита (1, 2) и серпентина (3) в трубке Архангельская

а - номера скважин; б-е - содержание сапонита в трубке: б - 1 -20 %; в - 20-40 %: г - 40-60 %; д -60-80 %; е-80-100 %; ж-к - содержание серпентина в трубке-, ж-0-1 %;з- 1-15%;и- 15-30%; к — более 30 %

Проведенные исследования вторичной минерализации кимберлитовых пород трубки Архангельская позволили установить основные её типы и доказать масштабность такого явления как сапонитизация. Присутствие сапонита достаточно необычное явление для кимберлитов вообще, но характерно именно для кимберлитов Архангельской провинции. Вполне возможно, что происходившие процессы гидротермального изменения пород были в основе серпентинизации кимберлитов, а гипергенные изменения уже привели к развитию глинистых минералов, доминирующим среди которых является сапонит (рис. 3).

Рис. 3 Характер распределения сапонита (1) и серпентина (2) в вертикальном разрезе трубки Архангельская

а - номера скважин; б-е - содержание сапонита в трубке: б - 1 —20 %; в—20-40 %; г — 40-60 %; д -60-80 %; е - 80-100 %; ж~.ч - содержание серпентина в трубке: ж - 0-1 %; з - 1-15 %; и - 15-30 %; к - 30-45 %; л - более 45 %

На самом деле, невозможно себе представить, что на протяжении долгого времени вся территория ААП, и осадочные коллекторы, и кимберлиты, прорабатывались термальными растворами - нигде в разрезах не наблюдается проявлений масштабной гидротермальной деятельности и региональные долго действующие геологические факторы, способные обеспечить эту деятельность, отсутствуют.

Кимберлиты ААП прорывают рифейские и вендские отложения, которые в верхней части разреза главным образом песчаные, слабо литифицированные и потому хорошо проницаемые для грунтовых вод. По данным разведочного бурения на месторождении им. М.В. Ломоносова было установлено, что до глубины 160-170 м от поверхности туфогенные образования сильно окислены и имеют ржавый цвет, что свидетельствует о кислородной аэрации. Кислород в этом случае может доноситься на такую глубину растворенным в

грунтовых водах. Об этом косвенно свидетельствуют и реальные гидрогеологические условия месторождения, изучение которых показало, что обводненный разрез в районе трубки Архангельская до глубины 190-220 м можно разделить на 2 толщи: верхнюю, перекрывающую трубки, и нижнюю, вмещающую их. А невыдержанность водоносных горизонтов и комплексов по латерали и вертикали, отсутствие в их толще надежных водоупоров позволяет рассматривать их как единую гидравлическую систему.

В то же время, в других провинциях (Якутия, Африка) маломощные платформенные осадки, как правило, залегают на вмещающем кимберлиты водоупоре и в основании перекрывающих толщ формируется застойный режим грунтовых вод с восстановительным режимом и щелочной реакцией.

Следовательно, отличный от других алмазоносных регионов характер разреза кимберлитовмещающих пород вполне может обеспечивать промывной режим грунтовых вод на большую глубину. Этот процесс был постоянно действующим практически после завершения вулканической деятельности, и не связан ни с какими характерными геологическими событиями. Можно предположить, что серпентин, доминировавший в кимберлите трубки в начальные периоды ее существования, под длительным действием грунтовых вод был редуцирован в сапонит вследствие гидратации (сопоставим идеализированные формулы: серпентин М£б[5140ш](ОН)8; сапонит К^з^^юКОН^пНгО).

Тем самым, второе защищаемое положение обосновано.

Третье защищаемое положение: Состав отходов алмазодобычи трубки Архангельская и выявленные формирующие их основные минеральные фазы (пески, текучие глины и «сапонитовая суспензия») позволили установить латеральную и вертикальную зональность накопления сапонита в хвостохранилище. На основании выявленных закономерностей сделан вывод, что экстрагирование сапонита из хвостохранилища может, быть эффективно обеспечено непосредственно из «сапонитовой суспензии» методом осадительной центрифуги, В результате, площадь проектируемых хвостохранилищ, рассчитанная на 68 млн тонн выведенного сапонита, может быть значительно сокращена, что способствует эффективному решению экологических проблем освоения не только трубки Архангельская, но и всего месторождения им. М.В. Ломоносова.

Месторождение алмазов им М.В. Ломоносова характеризуется сложными природными и горно-геологическими условиями, приуроченностью к зоне сохранных лесов со значительным разнообразием биогеоценозов и расположением в водоохранной зоне семужье-нерестовой реки Золотица. В этой связи, как ожидается, отрицательное воздействие на природную, включая геологическую, среду будет обусловлено именно промышленным

освоением месторождения алмазов, и будет выражаться, главным образом, в нарушении ландшафта (отвод больших площадей под отвалы, хвостохранилища, отстойники и др.), загрязнении атмосферы, вод, почв, грунтов, угрозе флоре и фауне региона. Всё это позволяет оценить экологическую обстановку в районе месторождения как сложную [4, 5].

По нашему мнению, одним из весьма существенных источников техногенного воздействия на природу будут являться отходы (отвальные продукты) обогащения кимберлотовых пород, на чем остановимся более подробно.

Для складирования отвальных продуктов обогащения первого этапа отработки месторождения, в 1 км от фабрики ОАО «Севералмаз» образовано хвостохранилище. По сути своей хвостохранилище одновременно является ещё и техногенным месторождением алмазов, поскольку технология обогащения кимберлитов ориентирована на извлечение алмазов класса +ЗС80. По данным Ломоносовского ГОКа, средний размер кристалла, соответствующего диаметру сита ЗСЭО будет равен 1,473 мм, а средний вес 5,16 мг. То есть, при условии отработки карьером запасов трубки Архангельская до глубины 450 м, в хвостохранилище, совместно с отвальными продуктами обогащения будет выведено 8 787 тыс. карат алмазов размером от 0,5 до 1,473 мм, а также все природные алмазы размером менее 0,5 мм, запасы по которым не учитывались государственным балансом.

Для изучения состава пульпы, поступающей в хвостохранилище, был отобран и проанализирован ряд проб. Часть из них отбиралась непосредственно на обогатительной фабрике ее сотрудниками, другая часть проб отбиралась на выходе из труб пульпопровода, а также непосредственно из самого хвостохранилища (рис. 4). На время опробования через обогатительную фабрику уже было переработано около 500 тыс. м3 продуктивных осадочно-туфогенных пород из кратерной части трубки Архангельская.

Исследования пульпы показали, что общее количество твердой составляющей в ней непостоянно, массовая доля меняется от 20 до 80 %, что можно объяснить качеством (составом) исходной руды.

Хвостохранилище имеет в своем составе пляжную зону и прудковую часть. Пляжная зона сложена песчаными грунтами красновато-коричневыми, рыхлыми, размерностью от пылеватых до крупных. В минералогическом составе преобладает кварц (до 80 %), доломит (около 10 %), кальцит (первые проценты). Содержание сапонита в песках пляжной зоны достигает 3 %. Зернистость отложений пляжной зоны уменьшается по мере удаления от её начала - в приоткосной части пляжной зоны пески уже преимущественно мелкие, а в окраинных частях пляжной зоны, около кромки воды, и вовсе пылеватые.

В прудковой части хвостохранилища происходит осаждение донных осадков, представленных глинами красновато-коричневыми, текучими. В минералогическом составе

глин преобладает сапонит - до 70 %, кварц (около 11 %). кальцит (8-10 %), доломит (2^1 %) и иллит (3 %).

точки отоора проб. расстояние м/у | точкачи отбора, м

профиль ложа хвостохранилища

Рис. 4 Схематический разрез минеральных фаз хвостохранилища

1 - Характер изменения плотности сухого остатка (в г/см ): а - от 0 до 0.05; б - от 0,05 до 0,10; в - от 0,10 до 0,15: г - от 0,15 до 0,20; д - от 0,20 до 0,25 (по данным ИЭ РАН и ОАО «Севералмаз»), 2 -Минеральные фазы: а - минеральная фаза I (пески разнозернистые до пылеватых), б - минеральная фаза 2 (текучие глины)

Основная часть хвостохранилища (так называемая прудкошя зона) заполняется жидкой составляющей пульпы. В верхней части прудковой зоны (до глубин ~ 1,5-2,0 м) вода практически не содержит твердых осадков. Ниже пульпа представляет собой водную суспензию (гель), осаждение твердых осадков в ней проявляется незначительно и подтверждается некоторым уплотнением. В минералогическом составе суспензии преобладает сапонит (до 90 %), кварц (~ 5 %), иллит (3 %) и каолинит (2 %).

Таким образом, в результате проведенных исследований получены данные о характере концентрации твердой составляющей пульпы, содержании и составе гранулометрических фракций в ней. Так как содержание сапонита в породах верхней части кратера трубки Архангельская редко превышает 10 % объемной массы (см. табл. 1), сапонит в отложениях пляжной зоны хвостохранилища на время отбора проб практически отсутствовал. Колебания концентраций сапонита в донных осадках прудковой части в интервале до 70 % можно объяснить ещё и их незначительной площадью развития и малой мощностью. В «сапонитовой суспензии» сапонит содержится в количестве до 90 %.

Характеристики минеральных фаз отвальных продуктов обогащения пород из кратерной части трубки Архангельская позволяют сделать вывод, что основная масса (более

90 %) сбрасываемых в хвостохранилище алмазов будет концентрироваться в отложениях пляжной зоны, небольшая их часть будет находиться в донных осадках и совсем уж мизерное количество - в «сапонитовой суспензии». По предварительным оценкам можно заключить, что если в «сапонитовой суспензии» и будут содержаться в незначительном количестве кристаллы алмаза, их экономически нецелесообразно относить к сохранным продуктам. Следовательно, сапонит можно и нужно утилизировать, особенно с учетом ожидаемых масштабов его накопления в «сапонитовой суспензии», что доказывается результатами наших рентгеноструктурных и спектроскопических исследований. Количество осадков из пульпы в минеральных фазах будет меняться в зависимости от состава руд и может быть подсчитано эмпирически.

При разведке трубок месторождения им. М.В. Ломоносова было установлено, что соотношение «твердой» и «жидкой» частей сбрасываемой с обогатительной фабрики пульпы при обогащении кимберлитов составляет 1:5. Такое соотношение обусловило содержание взвесей в пульпе в количестве до 400 г/л, а тонкой взвеси - 1 г/л (Вержак и др., 1987, Осипов и др., 1991). Исследованиями других специалистов (МГУ, Института геоэкологии РАН и Института экологических проблем Севера УрО РАН) установлено, что скорость осаждения взвеси из пульпы составляет не более 0,004 см/ч или условно 10 см за три месяца. Следует, что, с одной стороны, сбрасывать воду с таким содержанием взвешенных веществ в водные объекты нельзя, а с другой - такое количество воды не должно накапливаться в хвостохранилище, она должна сбрасываться, использоваться в оборотном цикле и т.п.

Опыт работы экспериментального участка Ломоносовского ГОКа показывает, что сбросу вод и/или их оборотному использованию препятствует растворенный в воде сапонит, образующий своего рода суспензию. Консистенция тонкой взвеси в ней достигает 0,25 % от массы. По данным рентгеноструктурного анализа глинистой фракции до 95 % ее представлено сапонитом, имеющим размер частиц менее 1 мкм.

С учетом задач исследований постоянно проводились работы по выявлению эффективного способа осаждения сапонита из суспензии. Из большого количества методов, позволяющих обезвоживать суспензии (пульпы), геологами при разведке месторождения им. М.В. Ломоносова, а в последнее время ОАО «Севералмаз» совместно с ИГЭ РАН применялись химические методы обработки пульпы - вносились реагенты (коагулянты, флокулянты), имеющие заряд, противоположный заряду находящихся во взвеси частиц. Эти опыты не принесли ожидаемого результата, хотя исследователям и удалось повысить скорость осаждения взвеси до 0,4 см/ч, т.е. в 100 раз по отношению к естественному процессу, а средняя плотность сухого осадка достигала 0,24 г/см3.

Не дали положительного результата и проводившиеся в институте «Гипроникелъ» опыты по применению фильтров. Даже при высоком давлении не удавалось преодолеть сопротивление осадка - суспензия не позволяла пропускать через фильтровальную ткань жидкость.

Относительно обнадеживающие результаты получены ОАО «Севералмаз» в лаборатории компании «ТТД» при осаждении твердой фазы из пульпы с помощью осадительной центрифуги (Кочнев, 2008). В режиме осаждения пульпы были получены осадки с влажностью 27-29 % и устойчивой консистенцией, легко сползавшие с металлической поверхности и не оставлявшие прилипших частичек.

Анализируя результаты проведенных исследований по осаждению пульпы, мы пришли к заключению, что наиболее эффективным и экономически целесообразным в настоящее время может являться метод с использованием осадительной центрифуги. При этом нами, для повышения фильтрационных качеств «сапонитовой суспензии» и эффективности осаждения рекомендуется применять песчаный наполнитель.

Осаждение сапонита из суспензии позволит: использовать в технологическом процессе обогащения кимберлитов воду в оборотном цикле; производить безопасный для природных водоемов сброс излишних вод; складировать осаждаемый сапонит за пределами хвостохранилища или утилизировать его по отдельной программе.

Расчетным путем установлено, что при отработке запасов только трубки Архангельская до глубины 450 метров от поверхности в хвостохранилища будет выведено около 68 млн тонн сапонита. Очевидно, что благодаря осаждению и выводу за пределы хвостохранилиша сапонита существенно снизится неблагоприятная нагрузка на окружающую среду, прежде всего, за счет сокращения собственно площади хвостохранилищ и устранения риска прорыва оградительных дамб. Кроме того, могут быть существенно улучшены экономические показатели работ Ломоносовского ГОКа, приобретет «контрастность» техногенное месторождение алмазов.

Тем не менее, исследования в части оптимизации способа осаждения сапонита из суспензии необходимо продолжать, так как упущение этого вопроса может привести к экологической катастрофе или же разработка месторождения будет прекращена.

Таким образом, третье защищаемое положение также можно считать обоснованным.

Четвертое защищаемое положение: Определение физико-химических особенностей состава сапонита из трубки Архангельская и проведение экспериментального изучения возможностей использования сапонита в различных областях народного хозяйства позволили предложить способ его применения (сырьё для производства керамических и

прессованных стеновых материалов, стеклокристаллических материалов, керамзита и пористых наполнителей бетона, высокотемпературной кералшки, железорудных окатышей, а также сорбентов и катализаторов). В результате рекомендовано комплексное освоение минеральных ресурсов, с извлечением из руды алмазов и сапонита из хвостов обогащения кимберлитовых пород, позволяющее повысить рентабельность отработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова и снизить степень негативного воздействия на окружающую среду при его отработке.

Последствия первого серьезного вторжения геологами в природную среду района исследований в 80-е годы прошлого столетия сохранились до сих пор в виде заброшенных поселков, техногенных свалок, а местами и разлагающимися остатками вырубленной древесины. Меньше всего пострадали участки земель лесного фонда временно изымавшиеся для технологических проездов и бурения скважин - они, как правило, заросли молодняком леса и не особо выделяются на общем фоне. В последние годы, с целью оценки и минимизации техногенного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду осуществляется перманентный мониторинг на лицензионных площадях недропользователей, в том числе с участием автора данной работы. Это позволяет фиксировать экологическую обстановку и заблаговременно принимать необходимые меры. В этой связи способы утилизации отходов алмазодобывающей приобретают особую актуальность, так как одновременно будут решаться вопросы снижения экологической нагрузки при отработке месторождений и повышения рентабельности ГОКа [2].

Комплексное изучение минерального и химического состава кимберлитовых руд месторождения им. М.В. Ломоносова и шламовых отходов, лабораторные эксперименты по возможным способам их утилизации указывают на перспективность применения хвостов обогащения кимберлитовых пород с высоким содержанием магнезиальных глин (прежде всего сапонита) для производства керамических и прессованных стеновых материалов, стеклокристаллических материалов, керамзита и пористых наполнителей бетона, железорудных окатышей, а также сорбентов и катализаторов [3]. Области их применения (см, рис. 6) могут быть существенно расширены в будущем (кормовые добавки, буровые и тампонажные порошки, фармацевтическая промышленность и др.).

Хвосты обогащения кимберлитов, как это было показано выше, в большей своей массе представлены растворенным в воде сапонитом, образуя суспензию (гель) или, в меньшем объеме, текучими глинами.

Проведенные лабораторные испытания на получение из отходов алмазодобычи из трубки Архангельская керамического кирпича с различным соотношением в шихте шламовых отходов и песчано-алевролитовых перекрывающего и вмещающего кимберлиты

комплекса пород показали, что из смеси определенного состава возможно изготовление керамического кирпича методом пластического формования. Показатели пластичности, усадки, плотности, прочности на сжигание, водопоглощения, морозостойкости, чувствительности к сушке отвечают стандартам ГОСТ, предъявляемым к данным строительным материалам.

А_кор6снт алкапииов. ядов Алсирбсмт лечебны\ трм П|хп1шо»ос(1а1|икльныссоспшы Космсгхчсскж срсяства Ант.ишлнос сродство С >:х)и.1Н с1Т(ц> С\ спс'НлиИ Ьпфнижннос средство Ангнокснлант

Пнщпия щы.ныииемиость

Очистка соков II вин Рафинация расти 1СЛЫШЧ масел Коиссрвэшм »лажного жрна Регулирование влажности в .чранилииш Очислш шпьевон воды

С'чаолпрн пр.».!к мукмлок Окомкомннс же,чпнор\ тньгл концентратов Гнлромсшуп ргн*

Кавш.титкф*

Проетагмствр Кву.миги К)х-и1Н1 нефш я 1 г.иэдюрсио» I ЬдпмерЫвМП» 0.хф»|»*» Дспа.чщтищия гыи >кр>.«

Дгатмша

ЧУгеу.гаржис ¿нга__

.....> 1 ¿щакуцлм!! сор8о> I

Ке/ммика

П.тпсгификлторы о черспичш

С> спсигаторы в гда п рях

Мыловарение Спбнлшзгор

Са1 юнитешые глины

( 'ельско? хтнйетко

Ингрц-^ЮКТ «0М1МИКПГО* Грлнуляиня \ Л00|х-|01)1. сс.чи комбикормов

Агент против иткрдсвлннн аммониевых масс Адсорбент т*

Дс-^ларнроеанис ферм Добавм в кеибикорш

СЬисткя гоиьлыч и

Я> ццои

П.К1.-(1|фнК<10рЫ _

Крл. м>нахотг7с.-11. н ф,рдяш); пгемг Керхмичссик в прссоваияыс СТеЖЯМС ЫИТСРМДЫ Каменное ляпе Сырье л'« протио.кгв! ШПО|ЯЛМ\ ОКГГЫЮСЙ

Буровые к имшшажиыс растворы

4 Иефтейяйыча н исфтеяффарргпки

Прсёбраяяапсль иефютходов в оргзяомяисра.'&ньк удобрения Очпсла. нейтрализация. десульфитацня СК-% тяте.» нефти н га юв Оакт» нефтяным массл

Полимерные срел

ТОЛЬНМС смеси

Пористые наполнители

Рис. 6 Основные направления использования сапонитовых глин

При прессовании шламовых отходов была показана возможность получения стеновых материалов при сравнительно низких условиях прессования (до 200 кг/см2). Полученные материалы имеют высокую прочность, морозостойкость и могут применяться для проведения строительных работ. Использование вскрышных пород для производства строительных материалов возможно также с применением портландцемента в качестве вяжущего.

Результаты исследований возможности производства стеклокристаллических материалов показали, что полученные изделия из отходов обогащения кимберлитовых трубок месторождения им. М.В. Ломоносова (плитки размером 120x120x10 мм) обладают красивым узором, высокой прочностью, хорошо поддаются обработке (распиловке и полировке). Эти и другие свойства плиток (плотность, истираемость, предел прочности, водопоглощение) определяют возможность и экономическую эффективность производства данного вида строительных материалов.

Проведенные эксперименты позволили выявить возможность производства керамзита и пористых заполнителей бетона из отходов алмазодобывающей промышленности месторождения им. М.В. Ломоносова. В результате исследований получены следующие материалы: керамзит, керамзитный гравий, аглопорит, аглопоритовый гравий.

Предварительные расчеты, основанные на лабораторных экспериментах, показывают, что при производстве строительных материалов утилизация шламовых отходов и вскрышных пород возможна в соотношении 5:2 (табл. 2).

Таблица 2

Возможность использования отходов алмазодобывающей промышленности для производства строительных и других материалов

Вид материала Количество получаемого материала Расход

Отходы обогащения Вскрышные породы

Керамические стеновые материалы 50 млн шт. 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн

Прессованные стеновые материалы 50 млн шт. 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн

Каменное литье 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн -

Пористые наполнители 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн -

Сырье для производства железнорудных окатышей 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн -

Адсорбенты 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн -

Буровые и тампонажные растворы 100 тыс. тонн 100 тыс. тонн -

Следует отметить, что сырье, аналогичное по химическому и минеральному составу отходам алмазодобывающей промышленности в производстве строительных материалов не применялось. Приведенные технологии переработки отходов алмазодобывающей промышленности защищены Патентом РФ [1].

Важным является то, что породы месторождения им. М.В. Ломоносова, в отличие от кимберлитов других провинций Мира, характеризуются крайне низкими содержаниями серы, фосфора, циркония, стронция, мышьяка, радиоактивных элементов и других вредных компонентов, что положительно влияет на расширение областей их применения в народном хозяйстве, в том числе и в тех отраслях, в которых к материалам предъявляются повышенные требования.

Утилизация отходов алмазодобывающей промышленности позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду и повысить рентабельность отработки месторождения им. М.В. Ломоносова при подходе к оценке экономических показателей эксплуатации месторождения как к комплексному месторождению алмазов и остродефицитных высокомагнезиальных глин. Отметим, что последние уже сейчас

рассматриваются как сырье XXI века, и его поиски ведутся даже в странах Западной Европы, в пределах которой закрыты практически все рудники на черные, цветные и благородные металлы в силу чрезвычайно жестких требований к инженерно-геологическим и экологическим условиям эксплуатации месторождений. Следует также отметить, что месторождения глинистых минералов, связанные с интрузивными проявлениями успешно эксплуатируются в Европе (Яас^еую, 1999).

Таким образом, геологические, минералого-петрографические особенности щелочных ультраосновных пород трубки Архангельская и результаты экспериментального изучения отходов их обогащения свидетельствуют о целесообразности комплексного подхода к освоению этого месторождения, так как хвосты обогащения кимберлитовых пород трубки представляют собой техногенное месторождение высокомагнезиальных глин, которые могут быть использованы для производства широкого ассортимента промышленных материалов. В результате возможна переоценка стоимости руд месторождения им. М.В. Ломоносова при рассмотрении их как комплексного источника сырья: алмазов и магнезиальных глин, что приведет, в конечном итоге, к повышению эффективности эксплуатации этих месторождений не только за счет повышения стоимости полезных компонентов, но и за счет снижения стоимости затрат на строительство и поддержание безопасности хвостохранилищ. В результате изучения минерального состава пород трубки Архангельская для кратерной и жерловой частей диатремы в пределах контура проектируемого карьера была определена концентрация в них сапонита и расчетным путем установлено, что при отработке трубки Архангельская до глубины 450 м от поверхности будет извлечено из недр около 68 млн тонн сапонита. Площадь территории, на которой планируется построить основное хвостохранилище Ломоносовского ГОКа при добыче алмазов из трубок Архангельская и им. Карпинского-1, с учетом дренажных сооружений оценивается в 9,6 км2, а объем заполнения хвостохранилища в течение 20 лет эксплуатации рассчитан на 116 млн м5 отвальных продуктов обогащения. Очевидно, что за счет вывода из хвостохранилища только сапонита трубки Архангельская площадь изымаемых земель лесного фонда может быть сокращена более чем на 1/3.

Небезынтересно отметить, что средняя стоимость 1 карата архангельских алмазов находится на уровне 50 долларов США, а рыночная стоимость одной тонны сапонита достигает 200 долларов США. При определенной рыночной стоимости сапонита несложно спрогнозировать валовую прибыль от использования хвостов обогащения кимберлитов в качестве источника сырья для получения сапонита

В дальнейшем потребуется проведение промышленных испытаний отходов алмазодобычи по использованию для получения наиболее ценных материалов, оценка

экономической эффективности максимальной утилизации отходов алмазодобычи и ее роли в обосновании комплексного подхода к освоению месторождения им. М.В. Ломоносова (стоимость сырья, энергозатраты, стоимость добавок, объемы, цена конечного продукта и др.), маркетинговые исследования потребности в получаемых перспективных материалах и продуктах на российском (в том числе и в Архангельской области) и зарубежных рынках. Следовательно, четвертое защищаемое положение также считаем обоснованным.

Заключение

1. Доказана эффективность применения экспресс-методики для изучения минерального состава и оценки вторичной минерализации на примере исследования кимберлитов трубки Архангельская месторождения им. М.В. Ломоносова.

2. Изучение минерального состава образцов из скважин трубки Архангельская и отвальных продуктов обогащения кимберлитов показало наличие в них сапонита в количестве от 10 до 99%.

3. Содержание твердой составляющей в отвальных продуктах обогащения кимберлитов (пульпе) непостоянно, массовая доля меняется от 20 % до 80 %, что можно объяснить качеством (составом) исходной руды.

4. Выведенный в хвостохранилище сапонит образует трудно осаждаемую «сапонитовую суспензию», решение проблем регенерации которого будет благоприятно воздействовать на снижение экологической нагрузки и может положительно воздействовать на экономику ГОКа.

5. В качестве одного из наиболее эффективных и экономически целесообразных способов осаждения пульпы может являться метод с использованием осадительной центрифуги. При обработке «сапонитовой суспензии» для повышения её фильтрационных качеств и эффективности предполагается использовать песчаный наполнитель из отвалов.

6. Намечены основные направления использования кимберлитового сапонита как нового вида минерального сырья многоотраслевого использования. Рекомендуется разработка специальной программы исследования сапонитов для прикладных целей.

7. Исследования в направлении поиска наиболее эффективного и наименее затратного способа обезвоживания пульпы (суспензии), в составе которой содержится сапонит, следует продолжить.

Список работ по теме диссертации

1. Безбородое С.М., Вержак В.В., Вержак Д.В., Гаранин В.К., Гаранин К.В., Зуев В.М., Кудрявцева Г.П., Пылаев Н.Ф. Патент на изобретение №2206534: «Способ переработки отходов алмазодобывающей промышленности». Москва, 2003.

2. Вержак В.В., Вержак Д.В., Веричев Е.М., Гаранин В.К., Гаранин К.В. Кудрявцева Г.П., Подгаедкий A.B., Пылаев Н.Ф., Третяченко В.В. Щелочные ультраосновные породы Беломорья и перспективы их промышленного использования // Сб. Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж, изд-во ВГУ, 2003. С. 633-636.

3. Безбородов С.М., Вержак В.В., Вержак Д.В., Кудрявцева Г.П. Отходы обогащения кимберлитов как нетрадиционный источник магнезиального сырья и перспективы промышленного использования щелочных ультраосновных пород Архангельской алмазоносной провинции. // Сб. научных трудов Международной научно-практической конференции «Развитие минерально-сырьевой базы Архангельской области: проблемы, перспективы, задачи». Часть 2. Архангельск: АГТУ, 2004. С. 50-55.

4. Вержак Д.В., Гаранин К.В. Экологические проблемы освоения месторождений алмаза Архангельской алмазоносной провинции и некоторые пути их решения // Геология алмаза - настоящее и будущее. Воронеж: изд-во ВГУ, 2005. С. 246.

5. Вержак Д.В., Гаранин К.В. Алмазные месторождения Архангельской области и экологические проблемы их освоения // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2005. № 6. С. 18-27.

6. Гаранин К.В., Шпилевая Д.В., Подгаецкий A.B. Кимберлитовая трубка Архангельская - месторождение высокомагнезиальных алюмосиликатов // Сборник материалов XIII международной конференции, Москва, МГТУ, 2008 . С. 325-331.

Отпечатано в отделе оперативной печати Геологического ф-та МГУ Тираж ¡¿О экз. Заказ № НЬ

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Шпилевая, Дарья Владимировна

Введение.

Глава 1 Краткая геологическая характеристика месторождения им. М.В. Ломоносова.

1.1 Физико-географический очерк.

1.2 Геологическое строение Архангельской алмазоносной провинции.

1.3 Особенности размещения магматических объектов Архангельской алмазоносной провинции.

1.4 Золотицкое кимберлитовое поле.

1.5 Морфология и внутреннее строение трубки Архангельская.

1.6 Инженерно-геологические и гидрологические условия района локализации диатремы.

Глава 2 Методика исследований.

2.1 Микроскопия.

2.2 Рентгеноструктурные исследования.

2.3 ИК-спектроскопия.

2.4 Компьютерное моделирование.

Глава 3 Результаты исследований пород трубки Архангельская.

3.1 Минеральный состав, минералогическая и петрографическая характеристика.

3.2 Объемная модель распространения сапонита и серпентина.

3.3 Процесс генезиса магнезиальных глин.

3.4 Минеральный состав хвостов обогащения.

Глава 4 Экологические и экономические аспекты разработки трубки Архангельская.

4.1 Анализ экологических проблем при разработке месторождения им. М.В. Ломоносова.

4.2 Сапонит из трубки Архангельская.

4.3 Способы осаждения глинистой составляющей из вод хвостохранилища.

4.4 Направления использования, прогнозные ресурсы сапонита трубки Архангельская и повышение экономической эффективности её отработки.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская"

Характерной чертой кимберлитовых пород различных регионов Мира является значительная изменчивость их вещественного состава. В результате многолетних исследований специалистами, прежде всего Н.Н. Зинчуком с коллегами (1980, 1994, 2000), было показано, что на сложность и контрастность минералогического облика кимберлитовых пород в значительной мере воздействует и развитие комплекса вторичных минералов, главными из которых являются серпентин и карбонаты, которыми в основном они и сложены. Безусловно, здесь играют свою роль полигенность и гетерохронность компонентов слагающих трубки пород в условиях образования от верхней мантии, через пневматолито-гидротермальную стадию, до гипергенеза.

При промышленной отработке запасов алмазов кимберлитовых пород ААП, по причине их масштабной сапонитизации, возникнут дополнительные проблемы отрицательного воздействия на природную, включая геологическую среду. В процессе обогащения кимберлитовых пород легкая фракция (минеральные частицы с удельным весом менее 2,7-2,8 г/см3) в виде пульпы сбрасывается в хвостохранилища. При этом, количество твердой составляющей в сбрасываемой пульпе варьирует в широких пределах, в зависимости от исходного состава пород. Гигроскопический сапонит будет находиться в водной среде в виде суспензии, затрудняя или вообще препятствуя использованию оборотного водоснабжения в процессе обогащения. В конечном итоге это может привести к переполнению хвостохранилищ, прорыву дамб или, даже, к приостановке работ по добыче алмазов и проведению более углубленного изучения кимберлитов с целью совершенствования подходов к технологии их обогащения.

Вместе с тем, сапонит является ценнейшим минеральным сырьем с привлекательными перспективами народно-хозяйственного использования. Сейчас важно доказать, что отходы обогащения кимберлитов месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова можно и нужно рассматривать как техногенные месторождения магнезиальных глин, утилизация которых может привести к существенному повышению рентабельности разработки месторождения в целом. Комплексное использование минерального сырья (алмазы + магнезиальные глины) позволит, прежде всего, сократить затраты на строительство и поддержание хвостохранилищ, а также существенно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду в районе работ. В то же время, специальных исследований сапонитов месторождения им. М.В. Ломоносова с позиций масштабности их проявления в кимберлитовых породах, генетической природы, возможного использования в виде полезного ископаемого ранее практически не проводилось, что определяет актуальность выполненных исследований.

С учетом изложенного обозначилась цель работы - на основе изучения процессов вторичной минерализации и состава вторичных минералов трубки Архангельская определить масштабы проявления сапонитизации кимберлитовых пород и выработать рекомендации по возможной попутной добыче и использованию сапонита при комплексном освоении минерального сырья для повышения экономической эффективности отработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова, а также по снижению неблагоприятной экологической нагрузки на природную среду.

4. Изучить возможные направления и выработать рекомендации использования отходов алмазодобывающей промышленности с целью снижения негативного воздействия на окружающую среду и дать оценку экономической эффективности предлагаемых способов утилизации сапонита.

В основу диссертационной работы вошли результаты исследований, выполненных автором в период обучения (2003-2007 гг.) в заочной аспирантуре геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также в процессе работы (с 2003 г. по настоящее время) в структурном подразделении АК «АЛРОСА» в г. Архангельске — лаборатории Якутского научно-исследовательского геологоразведочного предприятия ЦНИГРИ. Исследования включали полевые геологические наблюдения, лабораторные работы и анализ полученной геологической информации. Автором использован огромный фактический материал, накопленный за многие годы работ в Юго-Восточном Беломорье, в частности в Зимнебережном алмазоносном районе, как геологами-производственниками, так и представителями науки. Кроме того, была задействована база данных фактического материала структурного подразделения АК «АЛРОСА» в г. Архангельске «АЛРОСА-Поморье». Использован также фактический материал, приведенный в фондовых работах специалистами Северного отдела комплексных исследований ЦНИГРИ, изучавших вторичные минералы пород трубки Архангельская в 1983—1985 годах, а также позаимствованы некоторые результаты исследований к.г.-м.н Гаранина К.В. по щелочно-ультраосновным породам ААП (2006). Материал для исследований отобран автором, в основном, из сохранных образцов керна шести разведочных скважин в разрезе алмазоносной трубки Архангельская в интервале глубин от 24 до 455 м, в том числе по одной скважине до глубины 915 м, а также из бортов карьера на этой трубке. Кроме того, были опробованы отвальные продукты (хвосты) обогащения кимберлитов.

Образцы пород подвергнуты макроскопическому и микроскопическому описанию, затем по ним выполнен рентгенофазовый, рентгеноструктурный и ИК— спектроскопический анализы.

Диагностика разновидностей кимберлитов проводилась в прозрачных шлифах традиционными оптико-микроскопическими методами на микроскопе фирмы «LEICA DMRX» (Германия).

Рентгенофазовый полуколичественный анализ осуществлялся методом порошковой рентгеновской дифракгометрии на дифракгометрах ДРОН-З.О и ДРОН—4 с использованием СиКа- излучения, с графитовым монохроматором. Для диагностики глинистых минералов проводилось насыщение образцов этиленгликолем и отжиг при 600 °С в течение 1 часа.

Изучение ИК-спектров минералов и пород проводилось на спектрофотометре MPS-2000 производства фирмы «SHIMADZU» (Япония), а также на ИК-ФУРЬЕ-спектрометре ФСМ 1201 (ООО «Мониторинг», Россия, Санкт-Петербург). Для отдельных образцов с целью дополнительной диагностики сняты ИК-спектры на спектрометре Specort 75 с запрессовкой таблеток образцов в КВг. Подготовка образцов проводилась в соответствии с требованиями определенного метода исследований.

Трехмерное моделирование (ЗБ-модель) распределения глинистых минералов кимберлитов трубки Архангельская проведено с использованием компьютерной программы MicroMine.

В результате, в основу работы положен следующий достоверный аналитический материал: визуальное обследование 1000 образцов кимберлитовых пород трубки Архангельская; микроскопическое, под бинокулярной лупой, изучение 500 шлифов из 200 образцов; по 250 образцам получено около 500 ИК спектров; более 150 образцов подвергнуто рентгенофазовому анализу; около 30 образцов исследовано рентгеноструктурным анализом.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Основные практические результаты работы заключаются в следующем:

3. Разработанный и запатентованный способ переработки отходов алмазодобывающей промышленности предполагает использование сапонита в отраслях народного хозяйства, достигая тем самым уменьшения негативного воздействия на окружающую среду за счет сокращения объемов отвалов (хвостов) и повышения экономической эффективности разработки месторождения.

Защищаемые положения:

1. Уточнена геолого-литологическая модель алмазоносной трубки Архангельская. С использованием специально разработанного комплекса экспресс-методов диагностики и изучения вторичной минерализации в составе трубки установлены и разграничены зоны вторичной минерализации, которые четко согласуются со слагающими ее текстурно-структурными разновидностями пород: вулканогенно-осадочными породами кратера (туфопесчаники, туфы и туффиты) и магматогенными породами жерла (автолитовые брекчии). Установлено наличие зоны развития кварца в интервале 144-151 м, на границе между породами кратерной и жерловой фаций диатремы. По сравнению с составом пород кратера в жерловой части резко падает количество песчаного материала. Количество минералов группы серпентина (хризотил, лизардит) в трубке до глубины 450 м (предполагаемая глубина карьера) незначительно (в среднем 5-10 %, до 20 % в отдельных зонах) и связано только с породами жерловой фации, а содержание минералов группы смектитов (сапонит - CaMg3OH2*Al[Si40io](H20)) в этом интервале глубин составляет 8095 %.

2. Создана объемная компьютерная модель распределения сапонита и серпентина в трубке Архангельская. Обоснован процесс генезиса магнезиальных глин в трубке, образующихся при вторичной минерализации щелочно-ультраосновных пород в низкотемпературных условиях из серпентина под действием постоянно циркулирующих грунтовых вод при интенсивном и длительном промывном режиме, начиная с момента формирования тела (поздний девон).

3. Состав отходов алмазодобычи трубки Архангельская и выявленные формирующие их основные минеральные фазы (пески, текучие глины и «сапонитовая суспензия») позволили установить латеральную и вертикальную зональность накопления сапонита в хвостохранилище. На основании выявленных закономерностей сделан вывод, что экстрагирование сапонита из хвостохранилища может быть эффективно обеспечено непосредственно из «сапонитовой суспензии» методом осадительной центрифуги. В результате, площадь проектируемых хвостохранилищ, рассчитанная на 68 млн. тонн выведенного сапонита, может быть значительно сокращена, что способствует эффективному решению экологических проблем освоения не только трубки Архангельская, но и всего месторождения им. М.В. Ломоносова.

4. Определение физико-химических особенностей состава сапонита из трубки Архангельская и проведение экспериментального изучения возможностей использования сапонита в различных областях народного хозяйства позволили предложить способ его применения (сырьё для производства керамических и прессованных стеновых материалов, стеклокристаллических материалов, керамзита и пористых наполнителей бетона, высокотемпературной керамики, железорудных окатышей, а также сорбентов и катализаторов). В результате рекомендовано комплексное освоение минеральных ресурсов, с извлечением из руды алмазов и сапонита из хвостов обогащения кимберлитовых пород, позволяющее повысить рентабельность отработки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова и снизить степень негативного воздействия на окружающую среду при его отработке.

Благодарности. Инициатором настоящей работы и первым научным руководителем диссертанта выступила безвременно ушедшая из жизни видный исследователь щелочно— ультраосновного магматизма, знаток алмазной геологии, д.г.-м.н Г.П. Кудрявцева. Автор безмерно благодарна Галине Петровне и выражает надежду, что сумела раскрыть в работе её ценные рекомендации.

Автор выражает благодарность академику АН PC (Я), д.г.-м.н, проф. Н.Н. Зинчуку, поддержавшему выбранную направленность исследований в настоящей работе, за его внимание и полезные советы.

Особая благодарность выражается научному руководителю д.г.-м.н, проф. В.И. Старостину за его понимание и терпение, бесценные советы и консультации, а также к. г.— м.н К.В. Гаранину и д.г.-м.н В.К. Гаранину за ту поддержку и помощь, которую они постоянно оказывали автору при обучении в аспирантуре и подготовке диссертационной работы.

Автор признателен также д.г.-м.н В.П. Афанасьеву, д.г.-м.н, проф. М.Г. Губайдуллину, д.г.-м.н, проф. П.А. Игнатову, кандидатам геолого-минералогических наук А.В. Герасимчуку, В.Н. Устинову, В.В. Третяченко, Т.А. Черной за внимание к работе, полезные консультации и помощь; сотрудникам Лаборатории месторождений алмаза Геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и более всего Е.Б. Бушуевой за участие в проведении измерений ИК-спектров пород и минералов; сотруднику ИПКОН РАН к.т.н А.В. Подгаецкому, а также сотрудникам компаний ОАО «Севералмаз» - к.т.н Е.П. Валуеву, В.Н. Заостровцеву, А.К. Иванову и «АЛРОСА-Поморье» - В.А. Ларченко, Г.В. Минченко, Р.В. Агафоновой, Д.Е. Горлову, Л.П. Подкуйко и многим другим, кто помогал в сборе информации, проведении исследований, содействовал и морально поддерживал при выполнении работы.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения", Шпилевая, Дарья Владимировна

Основные выводы диссертационной работы:

1. Доказана эффективность применения экспресс-методики для изучения минерального состава и оценки вторичной минерализации на примере исследований кимберлитов трубки Архангельская месторождения им. М.В. Ломоносова.

2. Изучение минерального состава образцов из скважин трубки Архангельская, а также отвальных продуктов обогащения кимберлитов показало наличие в них сапонита в количестве до 99 %.

6. Намечены основные направления использования кимберлитового сапонита как нового вида минерального сырья многоотраслевого потребления. Рекомендуется разработка специальной программы исследования сапонитов для прикладных целей.

Автор берет на себя смелость признать, что время обучения в аспирантуре геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова и подготовки представленной работы, было не простым и очень напряженным. Из всей проведенной работы, сформулированных выводов и заключений следует, что пройденный этап не может считаться завершающим. Наоборот, он открывает новые перспективы разноплановых исследований. И какая бы не была их направленность (геология, экология или экономика), в основе будут находиться углубленные геолого-минералогические исследования, которые помогут или наметить, или найти нужные практические решения. В этой связи автору будет интересно продолжить начатые исследования с тем, чтобы при разработке месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова в возможно короткие сроки было начато комплексное использование минерального сырья (алмазы + высокомагнезиальные глины).

Полученные в процессе настоящих исследований результаты и приведенные рекомендации могут быть учтены в практической работе Ломоносовского ГОКа. Кроме того, они могут быть использованы преподавателями, аспирантами и студентами геологической и экологической специализации.

Заключение

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы, отражающие научную новизну и практическую значимость работы и позволяющие раскрыть основные тезисы защищаемых положений. В частности:

I. Научная новизна работы заключается в следующем:

2. С использованием аналитических данных по образцам из скважин на трубке Архангельская впервые смоделировано пространственное распределение глинистых минералов, характер которого согласуется с особенностями минерального состава и внутреннего строения трубки.

3. Впервые высказано предположение о том, что сапонитизация кимберлитов ААП обусловлена длительным воздействием на эти породы грунтовых вод, в результате чего серпентин был редуцирован в сапонит вследствие гидратации, подтверждением чему являются характерные экзогенные изменения не только кимберлитов, но и индикаторных минералов.

П. Практические и прикладные результаты работ сводятся к следующему:

3. Разработанный и запатентованный способ переработки отходов алмазодобывающей промышленности предполагает использование сапонита в отраслях народного хозяйства, достигая тем самым уменьшения негативного воздействия на окружающую среду за счет сокращения объемов хвостов обогащения и отвалов пустых пород, а также повышения экономической эффективности разработки месторождения за счет комплексного использования минерального сырья.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Шпилевая, Дарья Владимировна, Москва

1. Опубликованная

2. Авдонин В.В., Ручкин Г.В., Шатагин Н.Н., Лыгина Т.И., Мельников М.Е. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых: Учебник для вузов. М.: Академический проект, Фонд «Мир», 2007. 540 с.

3. Аполлонов В Н., Вержак В.В., Гаранин К.В., Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Шлыков В.Г. Сапонит из месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова. Геология и разведка. 2003. № 3. С. 20-37.

4. Атлас Архангельской области. Отв. ред. Моргунова Н.А. М.: Главное управление геодезии и картографии при совете Министров СССР, 1976.

5. Афанасьев В.П., Зинчук Н.Н., Похиленко Н.П. Морфология и морфогенез индикаторных минералов кимберлитов. Издательство СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 2001, 275 с.

6. Афанасьев В.П., Логвинова A.M., Зинчук Н.Н. Эффект коррозионного растрескивания минералов. Известия ВУЗов, Геология и разведка, 2000, № 3, С. 43-52.

7. Афанасьев В.П., Шпилевая Д.В., Вержак В.В., Солотчина Э.П. О новом типе экзогенных изменений кимберлитов и их индикаторных минералов. Известия ВУЗов. Сер. Геология и разведка, № 1, 2009 (в печати).

8. Безбородов С.М., Вержак В.В., Вержак Д.В., Гаранин В.К., Гаранин К.В., Зуев В.М., Кудрявцева Г.П., Пылаев Н.Ф. Патент на изобретение: «Способ переработки отходов алмазодобывающей промышленности» №2206534 от 20.06.2003.

9. Богатиков О.А., Гаранин В.К., Вержак В.В. и др. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: МГУ. 1999. 524 с.

10. Бурмистров А.А. Эколого-экономическая оценка месторождений (твердые полезные ископаемые). Учебное пособие. Москва, МГУ, 2002. 186 с.

11. Ваганов В.И. Алмазные месторождения России и Мира (основы прогнозирования). М.: ЗАО «Геоинформмарк», 2000. 371 с.

12. Вержак В.В. Геологическое строение, вещественный состав, условия образования и методика разведки месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова Автореф. дис. . канд. геол.-мин. наук. М.: Геол. ф-тМГУ. 2001. 36 с.

13. Вержак Д.В., Гаранин К.В. Алмазные месторождения Архангельской области и экологические проблемы их освоения // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2005. № 6. С. 18-27.

14. Вержак Д.В., Гаранин К.В. Экологические проблемы освоения месторождений алмаза Архангельской алмазоносной провинции и некоторые пути их решения // Геология алмаза настоящее и будущее. Воронеж: изд-во ВГУ, 2005. 1663 с.

15. Веричев Е.М. Геологические условия образования и разведка месторождения алмазов им. В. Гриба. Автореф.дис. канд. геол-мин. наук. М.: Геол. ф-т МГУ. 2002. 44 с.

16. Гаранин В.К. Введение в минералогию алмазоносных месторождений. М.: МГУ. 1989. 208 с.

17. Гаранин В.К. Минералогия кимберлитов и родственных им пород алмазоносных провинций России в связи с их генезисом и поисками. Автореф. дис. док. геол.-мин. наук. М.: Геол. ф-тМГУ Москва, 2006, 56 с.

18. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Марфунин А.С., Михайличенко О.А. Включения в алмазе и алмазоносные породы. М.: МГУ. 1991. 240 с.

19. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Посухова Т.В., Вержак В.В., Веричев Е.М., Гаранин К.В. Два типа алмазоносных кимберлитов в Архангельской провинции. Геология и разведка. 2001. № 4. С. 36-49.

20. Гаранин К.В. Щелочные ультраосновные магматиты Зимнего берега (Архангельская алмазоносная провинция): геология, генезис, алмазоносность, поиск и перспективы освоения. М.: МГУ, 2006. 371 с.

21. Гаранин К.В. Щелочные ультраосновные магматиты Зимнего берега: их потенциальная алмазоносность и перспективы промышленного освоения. Автореф.дис. канд. геол.-мин. наук, Москва, 2003. 27 с.

22. Гаранин К.В., Шпилевая Д.В., Подгаецкий А.В. Кимберлитовая трубка Архангельская месторождение высокомагнезиальных алюмосиликатов // Сборник материалов ХП1 международной конференции, Москва, МГТУ, 2008. С. 325-331.

23. География Европейского Севера. Проблемы природопользования, социально-экономические, экологические: Сб. научных трудов. Отв. ред. Н.М. Вызова. Архангельск: Поморский государственный университет им. М.В. Ломоносова, 2002. 304 с.

24. Геологический словарь в двух томах. М: Недра, 1973.

25. Геология и генезис алмазных месторождений. Книга 1. Под ред. Б.М. Зубарев. М.: ЦНИГРИ. 1989. 244 с.

26. Годовиков А.А. Минералогия. 2-е изд., переработ, и доп. М., Недра, 1983. С. 388393.

27. Головин Н.Н. Геологическое строение, минеральный состав и условия образования щелочно-ультраосновных пород Кепинской площади (Архангельская алмазоносная провинция). Автореф. дис. канд. геол.-мин. наук. М, 1995. 228 с.

28. Губайдуллин М.Г. Геоэкологические условия освоения минерально-сырьевых ресурсов Европейского Севера России: Архангельск: Поморский государственный университет, 2002, 310 с.

29. Гурський Д.С. Ссипчук К.Ю., Калшш B.I. и.др. Метал1чш i неметал1чш корисш копалини Украши. Том II. Неметал1чш корисш копалини. Кшв: Льв1в: «Центр Свропы». 2006. 552 с.

30. Доусон Дж. Кимберлиты и ксенолиты в них. М.: Мир, 1983. 300 с.

31. Егоров КН., Богданов Г.В., Лашкевич В.В., Медведева Т.И., Тихонова Г.А. Стадийность и физико-химические условия процесса серпентинизации кимберлитов. ЗВМО. 1991. № 6. С. 1-12.

32. Новосибирск: Наука. 1989. С. 153-164.

33. Жердев П.Ю., Левин В.И., Соболев В .К., Колодько А. А Патент на изобретение SU № 1806355 A3 «Способ рентгенодиагностики смектитов».

34. Захарченко О.Д. Типоморфные особенности алмазов Юго-Восточного Беломорья и их поисковое значение. Автореф. дис. . канд. геол.-мин.наук. М.: ЦНИГРИ, 1994. 29 с.

35. Зинчук Н.Н., Хмелевский В.А., Борис Е.И., Затхей Р.А. Литология древних осадочных толщ в районах развития кимберлитового магматизма. Львов: Вища шк., 1985. 164 с.

36. Зинчук Н.Н., Харькив А.Д., Мельник Ю.М., Мовчан Н.П. Вторичные минералы кимберлитов. Киев. Наукова думка. 1987. 282 с.

37. Зинчук Н.Н. Коры выветривания и вторичные изменения кимберлитов Сибирской платформы (в связи с проблемой поисков и разработки алмазных месторождений). Новосибирск: изд-во Новосибирского ун-та, 1994. 240 с.

38. Зинчук Н Н. Постмагматические минералы кимберлитов. М.: ООО «Недра-Бизнес-центр», 2000. 538 с.

39. Зинчук Н.Н., Шлыков В.Г., Стегницкий Ю.Б., Котельников ДД. Лизардит-сапонитовое смешанослойное образование в кимберлитах одной из трубок Южной Африки // Материалы международной конференции «Кристаллогенезис и минералогия». С.-Петербург 2001, 351 с.

40. Зинчук Н., Стегницкий Ю., Котельников Д., Горшков А. Особенности преобразования серпентина в процессе выветривания одной из трубок юго-западной Африки // Мшералопчний зб1рник Льв1вського ушверситету, 2002, № 52, С. 99-104.

41. Зинчук Н.Н., Ротман А.Я., Носыко С.Ф., Егоров К.Н., Стегницкий Ю.Б., Черный С.Д. Модель слабо эродированных кимберлитовых диатрем на примере трубки

42. Катока (Ангола) // Геологические аспекты минерально-сырьевой базы акционерной компании «АЛРОСА». Мирный: изд-во «Мирнинская типография», 2003, С. 152170.

43. Зинчук Н.Н., Котельников Д.Д., Жухлистов А.П. Стегницкий Ю.Б. Стадийность и направленность преобразования серпентина и флогопита в кимберлитах трубки Катока (Ангола) // Известие ВУЗов. Геология и разведка, 2005, № 2, С. 16-23.

44. Зинчук Н.Н., Стегницкий Ю.Б. Продукты выветривания кимберлитовых пород как дополнительный критерий при поисково-разведочных работах на алмазы // Геология алмазов настоящее и будущее. Воронеж, изд-во ВГУ, 2005, С. 13691384. '

45. Илупин И.П., Ваганов В.И., Прокопчук Б.И. Кимберлиты Недра, Москва, 1990.

46. Кроткое В.В., Кудрявцева Г.П. и др. Новые технологии разведки алмазных месторождений. -М.:ГЕОС, 2001, 310 с.

47. Кудрявцева Г.П., Подгаецкий А.В., Гаранин К.В., Аполлонов В.Н и др. Минеральный состав и петрофизические свойства кимберлитов и родственных им пород Зимнего Берега. Известия ВУЗов. Сер. Геология и разведка, № 3.2003. С. 2935.

48. Литосфера и гидросфера Европейского Севера России. Геоэкологические проблемы. Под ред. Юдахина Ф.Н. С. 113-129.

49. Малов А.И. Подземные воды Юго-Восточного Беломорья: формирование, роль в геологических процессах. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 233 с.

50. Малов А.И. Экологические функции подземных вод. Екатеринбург: Уро РАН, 2004. 165 с.

51. Малов А.И. Особенности геоэкологических условий месторождения алмазов им. М.В. Ломоносова // Север: Экология. Екатеринбург: Уро РАН, 2000. С. 205-214.

52. Методы минералогических исследований. Справочник. Под редакцией А.И. Гинзбурга, Москва: Недра, 1985. С. 383-390.

53. Милашев В.А. Петрохимия кимберлитов Якутии и факторы их алмазоносности // Тр. НИИГА. Т. 139, 1965. 160 с.

54. Минералы. Справочник. Том IV. Выпуск 2, Москва, Наука, 1992. С. 72-85.

55. Мухина А.М., Плахова Г.С. // Ежегодник, 1974. Новосибирск: СО АН СССР, 1976. 184 с.

56. Осипов В.И., Чистяков А.А., Касаткин Ф.Г. Принципы размещения и экологической безопасности хвостохранилища Поморского ГОКа // Геоэкология. 1994.№1. С. 28-43.

57. Первов В.А., Богомолов B.C., Ларченко В.А. и др. Rb-Sr возраст кимберлитов трубки Пионерская (Архангельская алмазоносная провинция). ДАН, 2005, том 400, № 1. С. 88-92.

58. Подвысоцкий В.Т., Владимиров Б.М., Иванов С.И., Котельников В.П. О серпентинизации кимберлитов. ДАН СССР. 1981. т. 256. № 4. С. 946-950.

59. Россман Г.И., Петрова Н.В., Самсонов Б.Г. Экологическая оценка рудных месторождений (методич. рекомендации). // Минеральное сырье, № 9. М: ВИМС, 2000. 54 с.

60. Саблуков С.М. Некоторые особенности внутреннего строения кимберлитовых трубок. Москва: Труды ЦНИГРИ, 218, 1987 С. 37-41.69.

Информация о работе

Шпилевая, Дарья Владимировна
кандидата геолого-минералогических наук
Москва, 2008
ВАК 25.00.11

Диссертация

Геологическое строение, минеральный состав и эколого-экономические аспекты освоения трубки Архангельская - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы