Оценка влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства

Подгаецкий, Андрей Викторович

Автореферат диссертации по теме "Оценка влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства"

На правах рукописи

ПОДГАЕЦКИЙ Андрей Викторович

1 >

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОСТАВА И СТРУКТУРЫ КИМБЕРЛИТОВ НА ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Специальность 25.00.20 - «Геомехапика,разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

«

Москва-2006

Работа выполнена в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

доктор технических наук БОБИН Вячеслав Александрович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук МИЛЕТЕНКО Игорь Васильевич

кандидат технических наук ПРИСТАШ Владимир Васильевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

Московский государственный горный университет

Зашита состоится « » **"'/' 2006 г. в 10*" часов на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 Института проблем комплексного освоения недр РАН по адресу: 111020, Москва, Крюковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан

Л нМГ;

1

2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета«,—I) канд.техн.наук Богатое Г\И

Яа(2£А

Общая характеристика работы

Актуальность исследований. Эффективность освоения коренных месторождений алмазов в значительной мере зависит от полноты и достоверности данных о составе и свойствах кимберлитов и строении самого рудного тела, определяемых условиями их формирования и положением в массиве горных пород. С новой остротой встает и ряд экологических проблем, связанных с увеличением объемов вскрышных пород и необходимостью организации хранилищ твердых и жидких отходов. При этом совершенствование и развитие лабораторно-аналитических методов изучения состава пород и минералов, измерения физических параметров пород становится приоритетным направлением, поскольку эти характеристики являются базовыми для определения свойств, как самих кимберлитов, так и вмещающих пород, в условиях влияния различных физических полей и флюидов, связанных с природными и техногенными воздействиями.

Интенсивное развитие вторичной минерализации отражает постмагматическую стадию изменения кимберлитов, однако указанный фактор в малой степени используется в качестве поисковых признаков кимберлитов и при решении проблем освоения месторождений. Процессы вторичного минералообразования существенно влияют на формирование типа структурных связей в минералах и горных породах и, как следствие, на их физические, механические и электрические свойства. Кроме того, прочностные свойства обломочных сцементированных пород, к которым относится большинство кимберлитов, также определяются количеством и составом вторичных минералов. Изучение пространственного размещения различных типов горных пород и изменения их физико-механических свойств приобретает важное значение для прогнозирования инженерно-геологических условий освоения месторождений и строительства карьеров. В этой связи в перечень параметров, которыми оперирует современная геомеханика, необходимо включать новые показатели, дающие возможность описывать поведение сложных многокомпонентных реологических и пластичных сред, какими являются кимберлитовые породы постмагматического этапа преобразования.

Необходимость выявления новых признаков кимберлитовых трубок и прогнозирования изменения состава и физических свойств пород с глубиной требует внедрения комплексного анализа

алмазоносных пород (и не только их), нескольку только совокупность

| РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ .

БИБЛИОТЕКА « 1

СПетербу

09 , , и ,

нескольких аналитических методов позволяет провести всесторонний анализ минерального состава связующей массы кимберлитов с целью выяснения факторов их формирования и последующей эволюции.

Весьма актуально комплексное изучение высокоалмазоносных трубок Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) и интенсивно измененных кимберлитовых пород в относительно недавно открытой Архангельской алмазоносной провинции (ААП), включающей два месторождения алмазов: им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Сравнительная характеристика этих двух контрастных по геологическим условиям отечественных месторождений с кимберлитами Африки позволяет расширить представление о характере и степени вторичных изменений кимберлитов различных алмазоносных провинций. К сожалению, до настоящего времени проведено ограниченное количество подобных исследований, хотя получаемые результаты имеют не только научное, но и прикладное значение, прежде всего, для совершенствования методик изучения свойств горных пород, а также контроля за состоянием их массивов. При разработке кимберлитовых трубок это помогает в определении мест локализации кимберлитов и установлении вертикальной зональности изменения состава и строения кимберлитовых пород по разрезу диатрем. Получаемые данные имеют большое значение для обоснования выбора технологии добычи и переработки алмазосодержащих руд.

До настоящего времени недостаточно проработаны вопросы связи состава кимберлитов с их физическими свойствами, решение которых позволило бы оперативно решать весьма важную задачу экспрессного выделения технологических типов руд на основе петрофизических параметров. Перевод разведочных и добычных работ в районы со сложными горно-геологическими условиями и широкого петрографического разнообразия горных пород показал, что необходимо расширять спектр научных исследований по определению новых индикационных признаков кимберлитов и выбору минералов-индикаторов для шлихо-минералогического метода поисков. В технологической цепочке горно-геологического комплекса по поиску и освоению алмазных месторождений все еще остается проблема стыковки геологических, минералогических, геофизических, горнотехнических данных и их интерпретации на базе компьютерной обработки аналитической информации.

Комплексные исследования минерального состава и петрофизических свойств кимберлитов алмазных месторождений позволили установить закономерности пространственной

изменчивости свойств горных пород по разрезу кимберлитовых трубок; выявить степень преобразования пород на различных стадиях гипергенеза; установить закономерности формирования их физических свойств при вторичном минералообразованиии; разработать методику физико-геологического описания алмазоносных горных пород. Внедрение таких исследований необходимо для проведения прогнозной оценки состава и физических свойств рудных массивов для выбора оптимальных технологий освоения алмазных месторождений.

Работа выполнена в ИПКОН РАН в 2002 - 2004 гг. по теме "Изучение взаимосвязи вещественного состава и физических свойств горных пород."

Цель работы - оценка влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства.

Идея работы состоит в использовании в одном цикле исследований спектральных, оптических и петрофизических измерений ассоциаций вторичных минералов в основной массе кимберлитов и представления получаемых результатов в цифровом виде, позволяющем применение компьютерной обработки больших объемов данных.

Методы исследований

Для проведения исследований автором применен комплексный подход к изучению минерального сырья, который предусматривает сравнительный анализ совокупности результатов нескольких аналитических методов. Определение состава кимберлитов проводилось методами рентгенофазового анализа (РФА), инфракрасной (ИК) и ядерной гамма-резонансной (ЯГР) спектроскопии. Основные определяемые петрофизические параметры: плотность (а), эффективная пористость (пэф), влагоемкость (\¥); магнитная восприимчивость (у), удельное электрическое сопротивление, определяемое в постоянном электрическом поле (р„), а также относительная диэлектрическая проницаемость (е/е0) и коэффициент поглощения энергии радиоволн (к"), измеренные в переменном электрическом поле на частоте 5 МГц. По разрезам трубок проводилось измерение скорости распространения продольных волн (Ур) в образцах, вырезанных перпендикулярно оси керна, в условиях комнатной влажности. Изучение структурно-текстурных особенностей и петрографические исследования пород проведены оптико-микроскопическим методом в сочетании с автоматизированным анализом изображений. Элементный состав образцов определялся методами аналитической химии и

рентгенфлуоресцентного анализа. Дополнительно использовались методы: электронной микроскопии, термографии и электронографии. Еще одним направлением комплексных исследований было изучение кристаплохимических и структурных особенностей индикаторных минералов из состава кимберлитов.

Основные защищаемые положения.

1. Экспресс-методика изучения минерального состава и физических свойств кимберлитов, основанная на применении фазового и структурного анализов, петрофизических измерений и оптических исследований, позволяющая проводить комплексный анализ алмазоносных пород.

2. Зональность распределения физических параметров и структурно-текстурных особенностей кимберлитовых пород в зависимости от степени их преобразования в естественных условиях и состава вторичных минералов.

3. Качественные и количественные зависимости между физическими параметрами кимберлитов и содержанием породообразующих вторичных минералов. Новые индикационные признаки рудных и глинистых минералов, содержащихся в кимберлитах.

4. Метод паспортизации кимберлитов для стандартизации исследований и классификации алмазоносных пород.

Достоверность результатов исследований подтверждается представительностью аналитического материала, включающего более 600 количественных и качественных рентгенофазовых анализов, более 700 определений различных петрофизических параметров, минералого-петрографических исследований более 300 проб, оптико-микроскопическое описание более 80 шлифов и аншлифов, электронно-микроскопическое изучение более 50 минеральных зерен и их сростков, около 50 определений структуры минералов методом ЯГРС, более 50 анализов ИК-спектров, более 30 электронографических измерений, 150 измерений скорости распространения продольных волн.

Научная новизна работы заключается в:

1. Экспресс-методике изучения кимберлитов на основе использования в едином лабораторно-аналитическом комплексе

фазового и структурного анализов, петрофизических измерений и оптических исследований с последующей обработкой и интерпретацией полученных данных.

2. Впервые проведенной качественной и количественной оценке влияния состава и структуры на физические характеристики кимберлитовых пород Якутской и Архангельской алмазоносных провинций.

3. Результатах комплексных исследований, позволивших выявить последовательность изменения состава и петрофизических параметров кимберлитов при преобразования в естественных условиях, и определить зависимости между ними.

4. Установлении кристаллохимических особенностей ильменита, магнетита, а также ряда глинистых минералов, позволяющих использовать указанные минералы в качестве индикаторных для диагностики кимберлитовых пород.

Практическая значимость

1. Разработана, опробована и внедрена в Якутской и Архангельской алмазоносных провинциях комплексная экспресс-методика качественной и количественной оценки влияния постмагматической минерализации на петрофизические и технологические свойства алмазоносных пород, значительно повышающая информативность известных аналитических исследований и ускоряющей проведение поисково-оценочных работ при изучении месторождений.

2. Установлены зависимости, связывающие минеральный состав и петрофизические характеристики кимберлитов отечественных и зарубежных месторождений, создающие основу для прогноза физических свойств пород по их минеральному составу.

3. Расширен перечень минералов-индикаторов, используемых для идентификации кимберлитового рудопроявления при проведении минералогического картирования перспективных на алмазы территорий.

4. Обосновано, что кимберлиты и родственные им породы с преобладанием сапонита, как в месторождении им М.В Ломоносова и в трубке Чидвия, целесообразно использовать не только для добычи алмазов, но и в качестве остродефицитного сырья - магнезиальных глин.

5. Разработан методический подход и предложен компьютерный формат описания и паспортизации кимберлитов на основе учета их минерального состава, физических параметров и текстурно-

структурных характеристик с целью классификации кимберлитовых пород, а также стандартизации аналитических исследований и формирования межлабораторных баз данных.

Реализация результатов работы Разработанная методика комплексного экспресс-анализа кимберлитов внедрена в практику текущих и прогнозных работ горнообогатительных и геологоразведочных предприятий АК «АЛРОСА», ОАО «Архангельскгеолдобыча» и ЗАО «Архангельскгеолразвведка», о чем имеется заключение указанных предприятий.

Апробация работы

Изложенные в диссертации результаты докладывались на конференциях «Неделя горняка» (Москва, МГТУ, 2002, 2003), 1-й Всероссийской конференции «Сырьевая база неметаллических полезных ископаемых и современное состояние научных исследований в России» (Москва, 2003), Международной научной конференции «Глины и глинистые минералы» (Воронеж, 2004).

Отдельные материалы вошли в состав тематических сборников: «Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов» (Мирный, 1998), «Проблемы алмазной геологии и некоторые пути их решения» (Воронеж, 2001), «Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века» (Воронеж, 2003), «Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений» (Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, 11 из которых в реферируемых периодических изданиях.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 6-ти основных глав и заключения. Общий объем работы 167 страниц текста, включая 42 рисунка, 27 таблиц Список литературы включает 73 наименования отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Проблемы кимберлитового магматизма и связанной с ним алмазоносности Якутии и севера Европейской части России на протяжении многих лет разрабатывались научными коллективами многих организаций при поддержке академиков РАН Н.П. Лаверова, O.A. Богатикова, Н.В. Соболева и др. Большой вклад в теорию и практику 6

освоения алмазных месторождений внесли ученые ИПКОН РАН: академик К.Н. Трубецкой, член-корреспондент Д.Р. Каплунов, д.т.н. Н.Г. Матвиенко. Основные положения физики горных пород применительно к процессам горного производства разработаны академиком В.В. Ржевским и д.т.н. Г.Я Новиком. Развитие алмазной геологии и минералогии последних лет связано работами проф В.И. Старостина, д.г-м.н. Г.П. Кудрявцевой, к.г-м н. В.К. Гаранина (МГУ) и др. Последние достижения в направлении петрофизических исследований кимберлитов обобщены в монографии д.г-м.н. H.H. Зинчука и к.г-м.н. А.Т. Бондаренко (ЯНИГП ЦНИГРИ АК «АЛРОСА»).

1. Экспресс-методика изучения минерального состава и петрофизических свойств кимберлитов, позволяющая проводить комплексный анализ алмазоносных пород.

Совершенствование применяемых и разработка новых критериев для выявления алмазоносных объектов в сложных горногеологических условиях, а также необходимость прогнозирования изменения состава и физических свойств пород с глубиной или на отдельных горизонтах и участках отрабатываемых кимберлитовых тел, требует внедрения комплексного экспресс-анализа для получения современных знаний о вещественно-индикационных параметрах кимберлитов и родственных им пород. К их наиболее значимым аналитическим характеристикам относятся минеральный и химический составы, структурно-текстурные и петрофизические свойства.

Определение минерального состава и структурно-текстурных особенностей пород проводится в тесной увязке с измерениями петрофизических характеристик последних, на одних и тех же пробах, сразу после измерения физических параметров в полевых или лабораторных условиях. Для этого используются методы фазового анализа и оптической микроскопии. С целью расширения возможностей оптических измерений и получения достоверной количественной оценки структурно-фазовых характеристик пород и ускорения исследований, применен автоматизированный анализ изображений оптико-геометрическими методами. Аппаратура для такого анализа -анализаторы изображений, способные осуществить экспрессные ввод и обработку сложных изображений, соответствующих полиминеральным системам. Основным фиксируемым параметром при изучении оптических изображений было изменение характера распределения частиц и зерен минералов по классам крупности в процессе метаморфических преобразований.

Определение физических, механических и

электрических параметров пород, залегающих в условиях вечной мерзлоты, имеет ряд особенностей - измерения следует проводить во влагонасыщенном состоянии и при отрицательных температурах для приближения измеренных параметров к природным условиям.

Изучение кристаплохимических и структурных особенностей индикаторных минералов проводилось с использованием рентгенострутурного анализа и ЯГРС.

Сравнение предлагаемого комплекса с применяемыми в настоящее время методами изучения кимберлитов подтверждает его высокую эффективность и экспрессность при изучении постмагматической минерализации кимберлитов. Реализуемый на доступном (преимущественно отечественном) оборудовании, предлагаемый комплекс обеспечивает возможность определения широкого спектра параметров и измерения физических свойств алмазоносных пород в режимах, соответствующих природным условиям криолитозоны

2. Зональность распределения физических параметров и структурно-текстурных особенностей кимберлитовых пород в зависимости от степени их преобразования в естественных условиях и состава вторичных минералов.

Рентгенографические и петрофизические измерения, дополненные данными химического анализа, результатами изучения структуры пород и определения скорости распространения в них продольных волн позволили не только фиксировать изменения состава или отдельных физических параметров, но и проводить анализ всей полученной совокупности данных о геологическом объекте в рамках единой системы состав - структура - петрофизические параметры.

Результаты комплексных исследований на примере трубки Нюрбинская позволили построить для этого рудного тела физико-геологическую модель разреза в изученном интервале глубин (187-587 м), отражающую вертикальную зональность вторичной минерализации кимберлитов, совмещенную с распределением физических свойств, структурных и кристаплохимических особенностей последних по глубине (табл. 1).

Таблица 1

Состав и петрофизические характеристики кимберлитов трубки __Нюрбинская (Якутия)_

Петрофизические характеристики

Глубина, м Зоны профиля Тип породы Породообразующие минералы "г о ^ О с XV, % 3 и 1) о « Ро Ом м и О 2 о. > Средний размер 1 зерен, мм

карбонатизи-

>< рованные доломит, 2,45 16,0 6,8 23 90 4-1 0,12

187 ш е ё >= брекчии кальцит, слюда, «о ГЧ

о. £ о» £ «о ё 2 о. кварц

неизмененные

227- X ю брекчии доломит. 2,44 13,3 5,8 26 36

329 м X а со серпентин, слюда <ч 0,13

358387 область контактов серпентин, тальк, магнетит, 2,37 16,2 7,1 3250 76 1339

437- со в между кимберлитами серпентин, тальк, 2,44 14,3 6,3 1700 86

480 1 2 1 и 2 ' X и траппами слюда, хлорит, кальцит, магнетит 1285 0,20

507- 3 X кальцит,

522 3 и к и 2 т X апокимберли- товые метасоматиты слюда, хлорит, магнетит, 2,60 6,0 2,5 3600 120 с— гм

535- а X о (П приконтак-товые с серпентин, кальцит, 2,61 4,1 1,8 170 470 ЧО 0,12

566,5 вмещающими породами слюда

587 граница с базитовой интрузией хлорит, тальк, кальцит 2,32 16,4 7,6 2600 38 1500 0,08

Динамика изменения минерального состава и петрофизических параметров в процессе постмагматических преобразований отдельных горизонтов изучалась на примере трубки Ботуобинская. Полученные данные показали, что по степени гипергенного преобразования изученный горизонт кимберлитовых брекчий может быть разделен на три зоны: 1) неизмененных кимберлитов, 3) пород соответствующих низам зоны выщелачивания, и расположенной между ними 2) зоны дезинтеграции кимберлитов. Основным механизмом постмагматического минералообразования является диссоциация наименее стабильных в гипергенных условиях карбонатных минералов и обогащение пород, в 4

соответствии с изменяющимися термобарическими и гидрогеохимическими условиями среды, слоистыми силикатами: серпентином и хлоритом. В зависимости от термобарических и гидрогеологических условий, в интервале от плотных неизмененных кимберлитов до верхов горизонта, происходит последовательное и взаимосвязанное изменение минерального и химического состава, а также физических свойств пород.

Изучение алмазоносных пород кимберлитовых трубок трех полей Зимнебережнего района ААП показало, что по составу породообразующих минералов изученные породы разделяются на два типа: сапонитовые и серпентиновые. Различия петрофизических параметров кимберлитов вызваны, главным образом, тем какой минерал - сапонит либо серпентин, преобладает в породе (табл.2).

Для сравнения с кимберлитами отечественных месторождений проведено изучение кимберлитов иного возраста и находящихся в других структурно - тектонических условиях. Наиболее полно таким требованиям отвечают кимберлиты Южной Африки, в которых главными породообразующими минералами являются и сапонит (как в кимберлитах района Зимнего Берега ААП), и серпентин (как в кимберлитах Якутии).

Таким образом, комплексное изучение алмазоносных пород Якутии, ААП и Анголы позволило определить общие черты и выявить отличительные особенности развития вторичных минералов в кимберлитах каждого региона. Так же, как для трубки Нюрбинская, для всех изученных объектов построены физико-геологические модели внутреннего строения трубок.

Таблица 2

Минеральный состав и петрофизические характеристики кимберлитов трубки им. Карпинского -1 (Архангельская алмазоносная провинция)

Глубина, м Минеральный состав, % Петрофизические характеристики

смектит серпентин доломит слюда кварц прочие о -— и О £ •8-с % % к о с£ "к к 2 о « х и

46 56,2 43,8 1,91 13,8 6,9 80-90 85 2^4 3

76 30 2,6 68,4 2,04 14,2 7,44 60-72 68 3,9-4,3 4,1

106 78,4 17,6 0,5 следы, до 1,0 3,4 2,28 33,0 16,4 50-60 59 7-10 8

136 55,6 36,4 1,8 5,9 1,82 26,0 16,7 60-68 64 9-11 10

166 75,6 21,9 до 1,0 1,7 2,03 24,4 12,0 70-82 76 14-39 27

197 75,0 20,6 2,2 2,3 1,94 32,0 19,8 50-60 55 22-25 23

222 32,2 64,5 3,3 до 3-4 1,94 10,26 5,6 50-54 52 26-35 30

259 37,4 57,6 3,3 1,7 2,39 11,4 5,5 40-47 45 13-15 14

287 40,0 55,0 2,0 3,0 2,06 8,0 4,1 58-60 59 17-40 28

316 3,9 89,0 5,4 1,6 2,23 16,5 8,1 40-47 45 17

344 6-12 86,2 6,8 1,0 1,94 18,4 10,5 50-56 50 15-20 18

376 10,6 80,3 9,2 1,94 18,4 10,2 54-58 56 12-15 14

406 77,9 22,1 1,95 9,3 5,0 40-50 45 32-40 36

Примечание: числитель - диапазон изменения значений, знаменатель - среднее значение;

Полученные данные показывают, что разделение кимберлитовых пород по составу вторичных минералов и физическим параметрам необходимо учитывать в качестве инженерных

характеристик пород при проектировании горных работ и планировании процессов горного производства. Влияние состава и свойств пород на выбор технологии вскрытия и отработки алмазных месторождений подтверждается примерами проектных решений по эксплуатации трубки Интернациональная в ЯАП, а также проекта на отработку Ломоносовского месторождения ААП.

3. Качественные и количественные зависимости между физическими параметрами кимберлитов и содержанием породообразующих вторичных минералов. Новые индикационные признаки рудных и глинистых минералов, содержащихся в кимберлитах.

Характер влияния минерального и химического состава на петрофизические свойства кимберлитов обусловлен направленностью процессов вторичного минералообразования и для каждого месторождения имеет свои особенности. Так, для кимберлитовых брекчий трубки Нюрбинская (ЯАП) отмечены зависимости % от количества лизардита и пористости от содержания железа в породе (рис.

у, 10"5ед.СИ а пэф.%

в породе, %

Рис 1. Влияние минерального (а) и химического (б) состава на петрофизические свойства кимберлитов трубки Нюрбинская

Зависимость Ур от содержания серпентина в тех же породах имеет характер линейного роста при увеличении количества последнего до 50%, а график зависимости от среднего размера минеральных зерен показывает, что их увеличение приводит к снижению Ур (рис. 2).

а б

Содержание серпентина, % Средний размер зерен, мм

Рис.2. Зависимость скорости распространения продольных волн от количества серпентина (а) и среднего размера минеральных зерен (б) в кимберлитах трубки Нюрбинская

В кимберлитах и родственных им породах Зимнебережнего района ААП влияние содержания сапонита на физические свойства проявляется в снижении удельного веса и увеличении пористости, в результате чего снижается электрическое сопротивление пород. При этом магнитная восприимчивость плавно возрастает. Увеличение количества карбонатов (в основном доломита) и кварца способствует росту ст и р0, а х уменьшается. Особенно следует отметить полученные данные о прямой зависимости остаточной влажности пород от содержания смектитов (рис. 3) и отсутствие ее корреляции с содержанием серпентина и других минералов Это доказывает, что ряд вторичных минералов, обладающих абсорбционными свойствами (монтмориллонит, сапонит, различные смешанослойные образования и др.) способен в разной степени накапливать влагу в отдельных блоках кимберлитов и тем

самым воздействовать на физические и прочностные свойства алмазоносных пород.

12 ю 8 6 4 2

I

20

т—

40

I

60

I

80

—«

100

Содержание смектитов, %

Рис. 3. Зависимость остаточной влажности кимберлитовых пород трубки Архангельская от содержания смектитов (сапонит, монтмориллонит)

Для кимберлитов Южной Африки отчетливо прослеживается влияние пористости на развитие сапонита по серпентину. С ростом значений пэф происходит увеличение доли сапонита и снижение -серпентина Процесс серпентинизации африканских кимберлитов, так же, как в рассмотренных вышет аналогичных пород Якутской и Архангельской провинциях, сопровождается выделением и накоплением мелкодисперсного магнетита и других рудных минералов. Поэтому магнитная восприимчивость пород возрастает при увеличении количества серпентина, и убывает по мере замещения его сапонитом. Полученные зависимости некоторых петрофизических параметров от количества сапонита показывают, что увеличение пористости, в свою очередь, приводит к снижению Ур, р0 и Последнее связано с выносом Ре3+, которое, в отличие от серпентина, не входит в состав сапонита, а выносится из среды вторичного минералообразования. Увеличение средней крупности минеральных зерен имеет положительную корреляцию с количеством вторичных минералов: в сибирских кимберлитах это серпентин, а в остальных случаях - смектиты.

Основным методом поиска кимберлитовых тел и определения их алмазоносности по-прежнему остается шлихоминералогический, основанный на идентификации индикаторных минералов кимберлитов. Исследования структуры ильменита и магнетита из кимберлитов позволили выявить ряд новых типоморфных признаков указанных

минералов, которые можно использовать для определения отложений, связанных с кимберлитовым материалом.

Особенности кристаллического строения глинистых минералов тесно связаны с физико-химическими условиями в массиве и степенью переработки пород вторичными процессами. Установлено, что в качестве индикаторов глинистые минералы так же могут использоваться для идентификации кимберлитов.

В изученных профилях трубки Нюрбинская отличительной особенностью обладают вермикулиты, в которых установлено присутствие разбухающей фазы. Широкое распространение сапонита в кимберлитовых брекчиях является типоморфной особенностью алмазоносных пород ААП. Так, поскольку сапонит относится к малоустойчивым минералам, он может сохраняться только в ореолах ближнего переноса при быстром захоронении в условиях закрытой системы. Поэтому его обнаружение служит убедительным доказательством близкого расположения кимберлитов.

Большое значение имеет определение состава глинистой фракции для выделения технологического типа руд при обогащении и для утилизации отходов. Анализ сапонитовых пород из трубки Чидвия позволил оценить указанный тип пород как источника высокомагнезиальнного сырья. Установлено, что по содержанию монтмориллонта и количеству Ыа в составе обменного комплекса, указанные кимберлитовые породы вполне пригодны для производства широкого спектра промышленных материалов.

Проведенные исследования позволили определить характер влияния главных породообразующих минералов на петрофизические свойства кимберлитов, а также рекомендовать использование типоморфных признаков железосодержащих рудных и глинистых минералов для идентификации кимберлитового материала. Широкая распространенность сапонита в алмазоносных трубках месторождения им. М.В. Ломоносова позволяет рассматривать отходы обогащения кимберлитов как техногенное минеральное сырье с высоким содержанием магнезиальных глин.

4. Метод паспортизации кимберлитов для стандартизации исследований и классификации алмазоносных пород.

Для быстрой обработки результатов комплексного анализа кимберлитов, когда количество получаемых за один цикл параметров составляет 15-20,

и для достижения сопоставимости результатов различных аналитиков, был разработан унифицированный электронный формат данных, позволяющий стандартизировать проведение исследований и применять компьютерные технологии для обобщения и обработки больших массивов информации от разных источников. Реализация такого формата данных выполнена в виде паспорта алмазоносной породы. Паспорт представляет собой кодированную цифровую запись в семи основных разделах (сегментах) данных о составе породообразующих минералов и комплексе основных физических, химических и структурных параметров, характеризующих кимберлитовую породу. Формат паспорта включает: указание типа породы, состав вторичных минералов основной массы кимберлитов, петрофизические характеристики; структурно-текстурные особенности; химический состав; акустические свойства; перечень индикаторных минералов. Приводимые в паспорте алмазоносных пород физические характеристики относятся к основным и наиболее употребительным, базовым, физико-технических свойствам и параметрам пород, в значительной мере определяющим технологию горного производства.

Цифровая форма записи состава и свойств, слагающих массив пород, позволяет давать им детальную количественную характеристику и учитывать в качестве входных воздействий и параметров при компьютерном моделировании объектов горной технологии. При накоплении достаточного объема данных практическим выходом может стать создание цифровых или графических моделей месторождений, проведение подсчета запасов по заданным критериям, а в перспективе -решение задач управления напряженно-деформированным состоянием массива и элементов систем разработки.

Разработка стратегии поиска и комплексного освоения алмазоносных месторождений требует доскональной проработки вопроса о составе кимберлитовых пород. Такая проработка необходима и в начальной стадии - на площадях находящихся в разведке, а в дальнейшем и при эксплуатации месторождения. Для планирования и организации работ первостепенное значение имеет изучение строения алмазоносных территорий по глубине. На последующих этапах минеральный состав и физические свойства кимберлитов оказывают существенное влияние на технологические и экологические аспекты добычи алмазоносного сырья, его обогащения и утилизации отходов (рис.

4).

МЕТОДИК А КОМПЛЕКСНО! О ИССА ЕДОВАИИЯ АЛМАЗОНОСНЫХ ПОРОД

Реитгеиоструктурный анализ Элементный анализ Автоматический анализ оптического изображения Петрофизические намерения

г

Мин«ршный к химический составы Криет *ля огрм фяче< кме и морфммтричикяе особенности минералом Структур«* - текстурные характеристики Петро+тнчеехне свойства

Фундаментальны* исследования » области наук о Земле

Разработка Изучение трубок

классификации взрыва как

алмазоносных уянплъных

парод япипомш явлений

Паспорт алмазоносной породы

банк стандартных форматов данных

Прикладные исследования * —

Аналитический центр разработки стратегии освоения месторождения

Геологии. Притмк пропмпио-нмгппп рвбот, кярткропяине.

Горное ясло. Выбор технология ■скрытия и отработки

Обогатите л«леэныг ископаемых Повымкние эффективности метолов твлечеяия и сокряияести алмяюв

Утялмзяпия порой вскрыши и ополов переработки

Рис. 4 Применение комплексного анализа кимберлитов при освоении алмазных месторождений

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, на основе проведенных исследований, решена научно-техническая задача комплексного анализа кимберлитов и оценки влияния состава и структуры на физические и технологические свойства пород основных алмазоносных провинций России - Якутской и Архангельской.

Основные выводы и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. Разработаны аппаратурный комплекс и экспресс-методика комплексных физико-минералогических исследований постмагматического этапа эволюции в естественных условиях кимберлитов, базирующиеся на методах спектрального анализа, оптической микроскопии и измерений петрофизических параметров.

2. Выявлены различия кимберлитовых пород по составу, а также степени гипергенного и метаморфического преобразования с выделением характерного минерального парагенезиса, комплекса основных физических свойств и структурно-текстурных особенностей с

целью оптимизации технологических решений по добыче и переработке алмазоносного сырья.

3. Получены зависимости, связывающие состав породообразующих минералов с физическими, структурно-текстурными и акустическими параметрами кимберлитов в ходе основных процессов вторичной минерализации - серпентинизации и сапонитизации.

4. Обоснована возможность использования данных об особенностях состава и структуры индикаторных железосодержащих и глинистых фаз для идентификации и выделения отложений, связанных с кимберлитами.

5. Разработан метод паспортизации кимберлитов для их описания и классификации, а также стандартизации исследований алмазоносных пород. Создан унифицированный электронный формат данных для компактной записи минералогических, геологических, геофизических и геохимических данных о кимберлитах с целью формирования межлабораторных баз данных о кимберлитовых трубках алмазоносных провинций

6. Разработанная методика комплексного оперативного анализа кимберлитов внедрена в практику текущих и прогнозных работ горнообогатительньк и геологоразведочных предприятий АК «АЛРОСА», ОАО «Архангельскгеолдобыча» и ЗАО «Архангельскгеолразвведка».

Результаты исследований с использованием экспресс-методики комплексного анализа кимберлитов и полученные зависимости, связывающие состав пород с их физическими и структурно-текстурными параметрами, расширяют возможности геомеханического описания массива алмазоносных пород и, тем самым, способствуют развитию знаний в области геомеханики.

Основные печатные работы по теме диссертации.

1. Подгаецкий A.B. Рентгенографическое определение индикаторных железосодержащих минералов в алмазоносных породах. Сб. Физико- технологические проблемы обогащения полезных ископаемых. М.: Ротапринт ИПКОН РАН. 1982,

2. Подгаецкий A.B., Котельников Д.Д. Войтковский Ю.Б.,. Илупин И.П, Зинчук H.H.. Генезис и особенности преобразования магнетита из кимберлитов Якутии. ДАН СССР, 1985. т. 282, № 5. С. 12381242.

3. Войтковский Ю.Б., Зинчук H.H., Котельников Д.Д., Подгаецкий A.B., Тютнева Г.К., Гасоян М.С.. Исследование методом ЯГР

железосодержащих минералов кимберлитов. Известия АН СССР, серия геологическая, 1986, № 3. С. 85-99.

4. Зинчук H.H., Котельников Д.Д., Подгаецкий A.B., Войтковский Ю.Б.,. Сивцов A.B. Последовательность изменения некоторых железосодержащих минералов из кимберлитов на разных стадиях гипергенного процесса. ДАН СССР, 1986.Т. 290, № 6. С. 1467 -1471.

5. Войтковский Ю.Б., Котельников Д.Д., Подгаецкий A.B., Илупин И.П.., Зинчук H.H.. Разновидности магнетита из кимберлитов Якутии. ЗВМО, 1987, ч. 116, вып. 4. С. 458 - 465.

6. Войтковский Ю.Б., Подгаецкий A.B., Зинчук H.H., Котельников Д.Д.,. Генералов О.Н. Ильменит в ксенолитах и основной массе кимберлитов трубок "Мир" и "Сытыканская". ДАН СССР, 1991,т. 317, №5. C.12I5- 1219.

7. Зинчук H.H., Подгаецкий A.B., Бондаренко А.Т. и др. Взаимосвязь химико-минералогического состава и петрофизических свойств кимберлитов в процессе их гипергенного изменения в трубке Ботуобинская (Якутия). Руды и металлы, № 2. 2002, С. 43-55.

8. Зинчук H.H., Подгаецкий A.B., Бондаренко А.Т., Слукин А.Д.,. Колесников Г. В. Последовательность изменения с глубиной минерального состава и физических свойств кимберлитов трубки Нюрбинская. Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2003. с.376-379.

9. Вержак В.В., Вержак Д.В., Веричев Е.М., Гаранин В.К., Гаранин К.В., Курявцева Г.П., Подгаецкий А. В., Пылаев Н.Ф., Третьяченко В.В. Щелочные ультраосновные породы Беломорья и перспективы их промышленного использования. Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2003. С.633-636.

10. Подгаецкий A.B., Бушуева Е.Б., Гаранин К.В., Кудрявцева Г.П.. Комплексная методика экспресс-оценки качества высокомагнезиального сырья из диатрем щелочных ультраосновных пород Беломорья. Сырьевая база неметаллических полезных ископаемых и современное состояние научных исследований в России. Материалы к 1-ой Всероссийской конференции. - М.: ГЕОС, 2003. С. 29-30.

И. Подгаецкий A.B., Бушуева Е.Б., Кудрявцева Г.П.: Комплексное изучение состава алмазоносных пород Зимнего Берега. Тез.

XV Международного совещания по рентгенографии и кристаллохимии минералов. С-П., 2003. С. 191 - 192.

12. Кудрявцева Г.П., Подгаецкий A.B., Гаранин К.В., Гаранин В К., Аполлонов В.Н., Бондаренко А Т., Бушуева Е.Б., Вержак В В , Веричев Е.М.. Минеральный состав и петрофизические свойства кимберлитов и родственных им пород Зимнего Берега. Геология и разведка, № 3. 2003, С. 29 - 35.

13. Подгаецкий A.B. Взаимосвязь минерального состава и петрофизических свойств кимберлитовых брекчий трубки Ботуобинская (Якутия). Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003, № 9. С. 201-204.

14. Подгаецкий A.B. Глинистые минералы в кимберлитах трубок Нюрбинская и Ботуобинская. Тез. докладов к Международной научной конференции "Глины и глинистые минералы", 28 июня - 3 июля 2004 г., Воронеж. Воронежский государственный университет, 2004. С.110.

15. Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений. Под ред. акад. К.Н. Трубецкого и член-корр. Д.Р. Каплунова М.: Изд-во ИПКОН РАН, 2004, С 222-238.

16. Подгаецкий.А.В., Зинчук H.H., Бондаренко А.Т., . Слукин А.Д. Комплексный анализ кимберлитов алмазоносной трубки Нюрбинская (Якутия). // Известия вузов, геология и разведка, 2005, № 4, С. 28-36.

Лицензия ЛР №21037 от 08 февраля 1996 г. Подписано в печать с оригинал-макета 07.02.2006 г. Формат 60x84 1/16. Бумага «Mega Сору Office». Печать офсетная. Набор компьютерный. Объем 1 п л. Тираж 100 экз. Заказ № 125. Издание ИПКОН РАН 111020 г Москва, Крюковский тупик, д 4

i i

i

I

i

!

\

I <

I

(

I

I \

ZûttfA \

9t

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Подгаецкий, Андрей Викторович

Введение

1 Постмагматическое преобразование кимберлитов в естественных условиях и разработка комплекса методов 13 для их экспресс-анализа

1.1. Особенности вторичной минерализации и ее влияние на формирование состава, петрофизических и 13 петрохимических характеристик кимберлитов.

1.2. Основные аналитические методы изучения алмазоносных пород

1.3. Метод анализа изображения как способ повышения информативности оптико-микроскопических 24 исследований.

1.4. Особенности измерения физических параметров пород, залегающих в условиях вечной мерзлоты.

Выводы

2 Объекты исследований и их геологическое строение.

2.1. Диатремы Накынского поля Якутии

2.2. Кимберлиты и родственные им щелочные ультраосновные породы Зимнего Берега

Архангельской алмазоносной провинции.

2.3. Кимберлитовая трубка месторождения

Южной Африки

Выводы

3 Комплексный анализ кимберлитов некоторых алмазоносных провинций.

3.1. Последовательность изменения с глубиной состава и

А физических свойств кимберлитов трубки Нюрбинская.

3.2. Экспресс-анализ кимберлитов и родственных им 63 щелочных ультраосновных пород Зимнего Берега.

3.3. Влияние минерального состава на физические характеристики кимберлитов Южной Африки.

3.4. Исследование динамики изменения минерального состава и петрофизических параметров в коре 89 выветривания кимберлитов на примере трубки Ботуобинская.

Выводы

Структурные особенности индикаторных минералов из состава кимберлитов

4.1. Типоморфные признаки рудных минералов из кимберлитов Якутии

4.2. Глинистые минералы из кимберлитов трубки Нюрбинская

4.3. Разновидности сапонита из кимберлитов Беломорья

4.4. Кристаллохимические аспекты преобразования слоистых силикатов в кимберлитах Анголы. 118 Выводы 128 Разработка методических основ паспортизации 129 кимберлитов.

5.1 Паспортизация алмазоносных пород по физикоминералогическим характеристикам

Выводы

Некоторые направления практического использования 140 результатов комплексного анализа кимберлитов.

6.1. Ведение алмазопоисковых работ

6.2. Совершенствование технологии горного производства

6.2.1. Проектирование горных работ

6.2.2. Описание и моделирование массива кимберлитовых пород 147 6.3. Обогащение алмазоносного сырья 150 6.4 Утилизация отходов переработки кимберлитов и пород вскрыши. 152 Выводы

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Оценка влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства"

Научное обеспечение горнодобывающей деятельности по освоению алмазных месторождений требует решения широкого спектра научных, методических и технических задач. Эффективность освоения коренных месторождений алмазов и проведения добычных работ зависит от полноты и достоверности данных об источнике кимберлитов и самом кимберлитовом теле, определяемых условиями их формирования, положением в массиве горных пород и внутренним строением. С новой остротой встает и ряд экологических проблем, связанных с увеличением объемов вскрышных пород и необходимостью организации хранилищ твердых и жидких отходов. При этом совершенствование и развитие лабораторно-аналитических методов изучения состава пород и минералов, измерения физических параметров пород становится приоритетным направлением, поскольку эти характеристики являются базовыми для определения свойств, как самих кимберлитов, так и вмещающих пород, в условиях влияния различных физических полей и флюидов, связанных с природными и техногенными воздействиями.

Интенсивное развитие вторичной минерализации отражает постмагматическую стадию изменения кимберлитов, однако указанный фактор в малой степени используется в качестве поисковых признаков кимберлитов и при решении проблем освоения месторождений. Процессы вторичного минералообразования существенно влияют на формирование типа структурных связей в минералах и горных породах и, как следствие, на их физические, механические и электрические свойства. Кроме того, прочностные свойства обломочных сцементированных пород, к которым относится большинство кимберлитов, также определяются количеством и составом вторичных минералов. Изучение пространственного размещения различных типов горных пород и изменения их физико-механических свойств приобретает важное значение для прогнозирования инженерно-геологических условий освоения месторождений и строительства карьеров. В этой связи в перечень параметров, которыми оперирует современная геомеханика, необходимо включать новые показатели, дающие возможность описывать поведение сложных многокомпонентных реологических и пластичных сред, какими являются кимберлитовые породы постмагматического этапа преобразования.

Необходимость выявления новых признаков кимберлитовых трубок и прогнозирования изменения состава и физических свойств пород с глубиной требует внедрения комплексного анализа алмазоносных пород (и не только их), поскольку только совокупность нескольких аналитических методов позволяет провести всесторонний анализ минерального состава связующей массы кимберлитов с целью выяснения факторов их формирования и последующей эволюции.

Весьма актуально комплексное изучение высокоалмазоносных трубок Якутской алмазоносной провинции (ЯАП) и интенсивно измененных кимберлитовых пород в относительно недавно открытой Архангельской алмазоносной провинции (ААП), включающей два месторождения алмазов: им. М.В. Ломоносова и им. В. Гриба. Сравнительная характеристика этих двух контрастных по геологическим условиям отечественных месторождений с кимберлитами Африки позволяет расширить представление о характере и степени вторичных изменений кимберлитов различных алмазоносных провинций. К сожалению, до настоящего времени проведено ограниченное количество подобных исследований, хотя получаемые результаты имеют не только научное, но и прикладное значение, прежде всего, для совершенствования методик изучения свойств горных пород, а также контроля за состоянием их массивов. При разработке кимберлитовых трубок это помогает в определении мест локализации кимберлитов и установлении вертикальной зональности изменения состава и строения кимберлитовых пород по разрезу диатрем. Получаемые данные имеют большое значение для обоснования выбора технологии добычи и переработки алмазосодержащих руд.

До настоящего времени недостаточно проработаны вопросы связи состава кимберлитов с их физическими свойствами, решение которых позволило бы оперативно решать весьма важную задачу экспрессного выделения технологических типов руд на основе петрофизических параметров. Перевод разведочных и добычных работ в районы со сложными горно-геологическими условиями и широкого петрографического разнообразия горных пород показал, что необходимо расширять спектр научных исследований по определению новых индикационных признаков кимберлитов и выбору минералов-индикаторов для шлихо-минералогического метода поисков. В технологической цепочке горногеологического комплекса по поиску и освоению алмазных месторождений все еще остается проблема стыковки геологических, минералогических, геофизических, горнотехнических данных и их интерпретации на базе компьютерной обработки аналитической информации.

Комплексные исследования минерального состава и петрофизических свойств кимберлитов алмазных месторождений позволили установить закономерности пространственной изменчивости свойств горных пород по разрезу кимберлитовых трубок; выявить степень преобразования пород на различных стадиях гипергенеза; установить закономерности формирования их физических свойств при вторичном минералообразованиии; разработать методику физико-геологического описания алмазоносных горных пород. Внедрение таких исследований необходимо для проведения прогнозной оценки состава и физических свойств рудных массивов для выбора оптимальных технологий освоения алмазных месторождений.

Работа выполнена в ИПКОН РАН в 2002 - 2004 гг. по теме "Изучение взаимосвязи вещественного состава и физических свойств горных пород."

Цель работы - оценка влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства.

Идея работы состоит в использовании в одном цикле исследований спектральных, оптических и петрофизических измерений ассоциаций вторичных минералов в основной массе кимберлитов и представления получаемых результатов в цифровом виде, позволяющем применение компьютерной обработки больших объемов данных.

Методы исследований

Для проведения исследований автором применен комплексный подход к изучению минерального сырья, который предусматривает сравнительный анализ совокупности результатов нескольких аналитических методов. Определение состава кимберлитов проводилось методами рентгенофазового анализа (РФА), инфракрасной (ИК) и ядерной гамма-резонансной (ЯГР) спектроскопии. Основные определяемые петрофизические параметры: плотность (а), эффективная пористость (пЭф), влагоемкость (W); магнитная восприимчивость (%), удельное электрическое сопротивление, определяемое в постоянном электрическом поле (р0), а также относительная диэлектрическая проницаемость (е/е0) и коэффициент поглощения энергии радиоволн (к"), измеренные в переменном электрическом поле на частоте 5 МГц. По разрезам трубок проводилось измерение скорости распространения продольных волн (Vp) в образцах, вырезанных перпендикулярно оси керна, в условиях комнатной влажности. Изучение структурно-текстурных особенностей и петрографические исследования пород проведены оптико-микроскопическим методом в сочетании с автоматизированным анализом изображений. Элементный состав образцов определялся методами аналитической химии и рентгенфлуоресцентного анализа. Дополнительно использовались методы: электронной микроскопии, термографии и электронографии. Еще одним направлением комплексных исследований было изучение кристаллохимических и структурных особенностей индикаторных минералов из состава кимберлитов.

Основные защищаемые положения.

1. Экспресс-методика изучения минерального состава и физических свойств кимберлитов, основанная на применении фазового и структурного анализов, петрофизических измерений и оптических исследований, позволяющая проводить комплексный анализ алмазоносных пород.

2. Зональность распределения физических параметров и структурно-текстурных особенностей кимберлитовых пород в зависимости от степени их преобразования в естественных условиях и состава вторичных минералов.

3. Качественные и количественные зависимости меиеду физическими параметрами кимберлитов и содержанием породообразующих вторичных минералов. Новые индикационные признаки рудных и глинистых минералов, содержащихся в кимберлитах.

4. Метод паспортизации кимберлитов для стандартизации исследований и классификации алмазоносных пород.

Достоверность результатов исследований подтверждается представительностью аналитического материала, включающего более 600 количественных и качественных рентгенофазовых анализов, более 700 определений различных петрофизических параметров, минералого-петрографических исследований более 300 проб, оптико-микроскопическое описание более 80 шлифов и аншлифов, электронно-микроскопическое изучение более 50 минеральных зерен и их сростков, около 50 определений структуры минералов методом ЯГРС, более 50 анализов ИК-спектров, более 30 электронографических измерений, 150 измерений скорости распространения продольных волн.

Научная новизна работы заключается в:

1. Экспресс-методике изучения кимберлитов на основе использования в едином лабораторно-аналитическом комплексе фазового и структурного анализов, петрофизических измерений и оптических исследований с последующей обработкой и интерпретацией полученных данных.

2. Впервые проведенной качественной и количественной оценке влияния состава и структуры на физические характеристики кимберлитовых пород Якутской и Архангельской алмазоносных провинций.

3. Результатах комплексных исследований, позволивших выявить последовательность изменения состава и петрофизических параметров кимберлитов при преобразования в естественных условиях, и определить зависимости между ними.

4. Установлении кристаллохимических особенностей ильменита, магнетита, а также ряда глинистых минералов, позволяющих использовать указанные минералы в качестве индикаторных для диагностики кимберлитовых пород.

Практическая значимость

1. Разработана, опробована и внедрена в Якутской и Архангельской алмазоносных провинциях комплексная экспресс-методика качественной и количественной оценки влияния постмагматической минерализации на петрофизические и технологические свойства алмазоносных пород, значительно повышающая информативность известных аналитических исследований и ускоряющей проведение поисково-оценочных работ при изучении месторождений.

2. Установлены зависимости, связывающие минеральный состав и петрофизические характеристики кимберлитов отечественных и зарубежных месторождений, создающие основу для прогноза физических свойств пород по их минеральному составу.

3. Расширен перечень минералов-индикаторов, используемых для идентификации кимберлитового рудопроявления при проведении минералогического картирования перспективных на алмазы территорий.

4. Обосновано, что кимберлиты и родственные им породы с преобладанием сапонита, как в месторождении им. М.В. Ломоносова и в трубке Чидвия, целесообразно использовать не только для добычи алмазов, но и в качестве остродефицитного сырья - магнезиальных глин.

5. Разработан методический подход и предложен компьютерный формат описания и паспортизации кимберлитов на основе учета их минерального состава, физических параметров и текстурно-структурных характеристик с целью классификации кимберлитовых пород, а также стандартизации аналитических исследований и формирования межлабораторных баз данных.

Реализация результатов работы

Разработанная методика комплексного экспресс-анализа кимберлитов внедрена в практику текущих и прогнозных работ горнообогатительных и геологоразведочных предприятий АК «АЛРОСА», ОАО «Архангельскгеолдобыча» и ЗАО «Архангельскгеолразвведка», о чем имеется заключение указанных предприятий.

Апробация работы

Изложенные в диссертации результаты докладывались на конференциях «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 2002, 2003), 1-й Всероссийской конференции «Сырьевая база неметаллических полезных ископаемых и современное состояние научных исследований в России» (Москва, 2003), Международной научной конференции «Глины и глинистые минералы» (Воронеж, 2004).

Отдельные материалы вошли в состав тематических сборников: «Геология, закономерности размещения, методы прогнозирования и поисков месторождений алмазов» (Мирный, 1998), «Проблемы алмазной геологии и некоторые пути их решения» (Воронеж, 2001), «Проблемы прогнозирования, поисков и изучения месторождений полезных ископаемых на пороге XXI века» (Воронеж, 2003), «Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений» (Москва, 2004).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, 11 из которых в реферируемых периодических изданиях.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 6-ти основных глав и заключения. Общий объем работы 167 страниц текста, включая 42 рисунка, 27 таблиц. Список литературы включает 73 наименования отечественных и зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Подгаецкий, Андрей Викторович

Выводы

Приведенные примеры практического использования результатов комплексного анализа кимберлитов показывают, что систематизированные исследования по комплексному изучению вещественного состава алмазоносных пород способствуют накоплению данных, необходимых для выбора оптимальных способов отработки месторождений. Сильное влияние вторичной минерализации требует детального изучения тонких физических, химических и структурных свойств кимберлитов.

Заключение.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для горно-геологической отрасли задачи оценки влияния состава и структуры кимберлитов на их физические и технологические свойства. Разработка рациональной методики комплексных измерений позволила получить большой объем новых данных о кимберлитах Якутской и Архангельской алмазоносных провинций.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. На базе методов спектрального анализа, оптической микроскопии и измерений петрофизических параметров создан единый измерительный комплекс для изучения постмагматической эволюции в естественных условиях кимберлитовых пород и создания физико-геологических моделей рудных тел.

2. Показано, что комплекс физических свойств кимберлитов во многом определяется составом вторичных минералов. При определении связи между петрофизическими свойствами пород и их минеральным составом детально исследовано влияние основных процессов вторичной минерализации - серпентинизация и сапонитизация, что позволяет оптимизировать выбор технологических решений по извлечению и обогащению алмазоносного сырья.

3. Получены зависимости, связывающие минеральный и химический состав, а также степень метасоматических преобразований с электрическими, магнитными, и физическими характеристиками кимберлитов. Для месторождений Якутии, Зимнего Берега и Африки построены модели распределения минерального состава и петрофизических характеристик по разрезу изученных трубок.

4. Установлено, что динамика процессов постмагматического минералообразования в зоне гипергенеза изученных трубок Якутии развивается в направлении диссоциации карбонатов и обогащения пород слоистыми силикатами, преимущественно серпентином и хлоритом. При этом происходит замена кристаллохимических разновидностей и политипов указанных минералов на устойчивые в гипергенных условиях.

5. Определены кристаллографические особенности породообразующих и индикаторных минералов алмазоносных полей Якутской, Архангельской и Африканской алмазоносных провинций. Предложено использовать новые типоморфные признаки индикаторных (глинистых и рудных) минералов для идентификации и выделения отложений, связанных с кимберлитами.

6. Разработан метод паспортизации кимберлитов для их описания и классификации, а также стандартизации исследований алмазоносных пород. Создан унифицированный электронный формат данных для компактной записи минералогических, геологических, геофизических и геохимических данных о кимберлитах с целью достижения информационной сопоставимости результатов измерений и формирования межлабораторных баз данных о кимберлитовых трубках алмазоносных провинций.

7. Подтверждена целесообразность комплексного освоения кимберлитовых трубок месторождения им. М.В. Ломоносова с малой мощностью перекрывающих отложений и высоким содержанием сапонита как техногенного месторождения магнезиальных глин.

В целом, комплексный подход к анализу минерального сырья переводит аналитические исследования в области горных наук на интенсивный путь развития и позволяет, при рациональном выборе методов, сделать его универсальным для широкого спектра природных и техногенных полезных ископаемых. Минералого-аналитические исследования остаются основной составной частью изучения и оценки месторождений алмазов на любой стадии их освоения:

• при детализации положения рудных тел в массиве;

• при определении состава и технологических свойств алмазоносных пород, в том числе и для оценки экологической безопасности.

По мере необходимости в базовый комплекс аналитических методов включают дополнительные виды анализа, "настраивая" его на конкретный геологический объект или задачу.

При таком подходе появляется основа для системного формирования банка данных о составе и свойствах алмазоносного сырья известных рудных тел и работы с большими выборками качественных и количественных параметров, применяя статистические методы обработке информации.

Получаемая в результате комплексного экспресс-анализа совокупность данных позволяет проводить идентификацию, типизацию и паспортизацию месторождений и кимберлитовых проявлений, а также принимать обоснованные технологические решения по их отработке.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Подгаецкий, Андрей Викторович, Москва

1. Акимов AT., Мельников В.П., Фролов АД. Геофизические методы изучения мерзлых толщ в СССР //Регионалъная, разведочная и промысловая геофизика: Обзор. М.: изд. ВИЭМС, 1979.

2. Алымова Н.В., С.И. Костровицкий, А.С. Иванов, В.И. Серов Пикроильмнеит из кимберлитов Далдынского поля (Якутия). ДАН, 2004, т. 395, №6, с. 799-802.

3. Аполлонов В.Н., Бершова B.JL, Гаранин В.К. и др. Экологические аспекты минералогического материаловедения (на примере алмазного месторождения имени Ломоносова). ЗВМО, Ч. CXXI, 1992, №3

4. Архангельская алмазоносная провинция (геология, петрография, геохимия и минералогия). Под ред. О.А. Богатикова. М.: Изд-во МГУ, 1999, 524с.

5. Бондаренко AT., Ковалев Ю.Д., Стогова В.А. Физические свойства карбонатных пород Западной Якутии по данным измерений на естественно-мерзлом керне // Геология и геофизика. 1989. № 7. - С. 121-128.

6. Бондаренко AT., Ковалев Ю.Д., Стогова В.А. Устройство и методика экспрессных измерений электрических параметров горных пород на естественно-мерзлом керне // Тр. ЦНИГРИ. 1988. - Вып. 222. - С. 53-58.

7. Бондаренко А.Т., Ковалев Ю.Д., Стогова В.А. Устройство и методика экспрессных измерений электрических параметров горных пород на естественно-мерзлом керне. Тр. ЦНИГРИ, вып.222.-1988.-С.53-60

8. Варлаков А.С. Породообразующие минералы группы серпентина. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1983.- 81с.

9. Варлаков А.С. Породообразующие серпентины гипербазитов. ЗВМО, вып.6, 4.119, 1990-С.60-70

10. Варлаков А.С. Серпентины и серпентиниты Бакала и Сатки. ЗВМО № 4, 2000.- С.89-94

11. П.Вержак В.В. Геологическое строение, вещественный состав, условия образования и методика разведки месторождения алмазов -кимберлитовой трубки им. М. В. Ломоносова: Автореф. дисс. .канд. геол-мин. н. М., 2001. 23 с.

12. XXI века. Воронеж: Воронежский государственный университет, 2003.-С.633-636.

13. Веричев Е.И. Геологические условия образования и разведка месторождения алмазов им. В. Гриба: Автореф. дисс. .канд. геол-мин. наук. М.: МГУ, 2002. 43 с.

14. Витовская И. В., Цепин А. И. Результаты рентгеноспектрального изучения продуктов выветривания серпентинитов // Коры выветривания. Вып. 15. М.: Наука, 1976. С. 121 —130.

15. Витовская И.В., Бугельский Ю.Ю. Никеленосные коры выветривания. М.: Наука, 1982, 191 с.

16. Войтковский Ю. Б., Зинчук Н.Н., Котельников Д.Д, Подгаецкий А.В., Тютнева Г.К., М.С. Гасоян. Исследование методом ЯГР железосодержащих минералов кимберлтов. Известия АН СССР, серия геологическая, 1986, №3, С. 85-99.

17. Войтковский Ю. Б., Котельников Д.Д, Подгаецкий А.В., Илупин И.П., Зинчук Н.Н. Разновидности магнетита из кимберлитов Якутии. ЗВМО, 1987, ч. 116, вып. 4, С. 458-465.

18. Войтковский Ю. Б., Подгаецкий А.В., Зинчук Н.Н., Котельников Д.Д., Генералов О.Н. Ильменит в ксенолитах и основной массе кимберлитов трубок "Мир" и "Сытыканская". ДАН, 1991,том 317, №5, С.1215 1219.

19. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Посухова Т.В. и др. Два типа алмазоносных кимберлитов Архангельской провинции.// Геология и разведка. 2001. № 4. С. 36-50.

20. Гаранин В.К., Кудрявцева Г.П., Сошкина JI.T. Ильменит из кимберлитов. М.: МГУ. 1984,. 240 с.

21. Дир У.А., Хауи Р.А., Зусман Дж. Породообразующие минералы (справочник). т.З (листовые силикаты ). Пер. с англ., М.: Мир, 1966. 316 с.

22. Дриц В. А., Коссовская А.Г. Глинистые минералы: слюды, хлориты. М.: Наука, 1991.

23. Дриц В. А., Коссовская А.Г. Глинистые минералы: смектиты, смешанослойные образования. М.: Наука, 1990.

24. Дриц В. А., Сахаров Б.А. Рентгеноструктурный анализ смешанослойных образований. М.: Наука, 1976.

25. Дьяконов Ю.С. Рентгенографическое определение смешаннослойных минералов (гидробиотитов), промежуточных между биотитом и вермикулитом. // Рентгенография минерального сырья. Сб. 4, 1964, С. 135-143.

26. Дьяконов Ю.С., Львова И.А. О превращении триоктаэдрических слюд в вермикулит. //ДАН СССР, 1967, том 175, № 2, С.432-434.

27. Егоров К.Н., Богданов Г.В., Лашкевич В.В., Медведева Т.И., Тихонова Г.А. Стадийность и физико-химические условия процесса серпентинизации кимберлитов. //Зап. ВМО. 1991. №6. С.1-12.

28. Еременко А.В., Ненахов В.М. Геология и геодинамическая модель формирования трубок взрыва Архангельской алмазоносной провинции. Вестн. Воронеж, ун-та. Геология. 2002. № 1 с. 36 42.

29. Зинчук Н.Н., Бондаренко А. Т., Пыстин А.Б. Корреляционные связи между петрохимическим составом и электрическими свойствами кимберлитов Западной Якутии. Руды и металлы, 1995, №6, С. 59-62.

30. Зинчук Н.Н., Бондаренко А.Т., Гарат М.Н. Петрофизика кимберлитов и вмещающих пород. М.: ООО "Недра-Бизнесцентр", 2002.

31. Зинчук Н.Н., Бондаренко А.Т., Гарат М.Н. и др. Петрофизические особенности кимберлитов и вмещающих их пород Накынского поля Якутии. //Руды и металлы, № 5, 2000.-С.51-62

32. Зинчук Н.Н., Подгаецкий А.В.,. Бондаренко А.Т и др. Взаимосвязь химико-минералогического состава и петрофизических свойств кимберлитов в процессе их гипергенного изменения в трубке Ботуобинская (Якутия). Руды и металлы, № 2, 2002, С. 43-55.

33. Изоитко В. М. Технологическая минералогия и оценка руд. -СПб.: Наука, 1997. 582 с.

34. Ковалев Г.А. Рентгеновские исследования серпентинов. Месторождения хризотил-асбеста СССР. М.: Недра, 1967.- С.339-359

35. Корнилов В. П., Никишова А. В., Никишов К. Н. Минералы группы серпентина из кимберлитовых пород Якутии. В сб. Парагенезисы минералов кимберлитовых пород. Якутск., 1981, с .65-81

36. Кротков В.В., Кудрявцева Г.П., Богатиков О.А. и др. Новые технологии разведки алмазных месторождний. М.: ГЕОС, 2001, 310 с.

37. Котельников Д.Д., Домбровская Ж.В., Зинчук Н.Н. Основные закономерности выветривания силикатных пород различного химического и минералогического типа. Литология и полезные ископаемые, №6,1995, с.594-601.

38. Котельников Д.Д., Конюхов А.И. Глинистые минералы осадочных пород. М.: Недра, 1986, 247 с.

39. Кудрявцева Г.П. Ферримагнетизм природных оксидов. М., Недра, 1988г.

40. Кудрявцева Г.П., В.К.Гранин, В.А.Жиляева, В.И.Трухин. Магнетизм и минералогия природных ферримагнетиков. Изд.-во МГУ. 1982 г.

41. Подвысоцкий В.Т., Зинчук Н.Н., Афанасьев В.П. // Морфологические особенности индикаторных минералов из осадочных коллекторов и россыпей алмазов различных генетических типов Сибирской платформы. Мирный, 2000. 72 с.

42. Подгаецкий А. В. Взаимосвязь минерального состава и петрофизических свойств кимберлитовых брекчий трубки Ботуобинская (Якутия). Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003, № 9, С. 201-204.

43. Подгаецкий А.В., Котельников Д.Д, Войтковский Ю. Б.,. Илупин И.П, Зинчук Н.Н. Генезис и особенности преобразования магнетита из кимберлитов Якутии. ДАН СССР, 1985.том 282, №5, С. 1238-1242.

44. Подземные объекты в горных выработках криолитозоны Якутии. ТСН 31 -323-2002. Якутск, 2002.

45. Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений. Под ред. акад. К.Н. Трубецкого и член-корр. Д.Р. Каплунова М.: Изд-во ИПКОН РАН, 2004, С 222-238.

46. Рентгеновские методы изучения и структура глинистых минералов. Под. Ред. Г.Брауна. М.: Мир, 1965, 599 с.

47. Рентгенография основных типов породообразующих минералов. Под ред. В.А.Франк-Каменецкого. Л.: Недра, 1983, 359 с.

48. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. М.: Недра, 1975,212 с.

49. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физии горных пород М.: Недра, 1973,286 с.

50. Фокин В.А. Проектирование и производство буровзрывных работ при постановке уступов в конечное положение на предельном контуре глубоких карьеров. Апатиты. 2003. 231.с

51. Харькив А.Д., Зинчук Н.Н., Крючков А.И. Коренные месторождения алмазов мира. М.: Недра, 1998, 555 с.

52. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В., Чантурия E.JL. Прогнозная оценка обогатимости золотосодержащего минерального сырья методом анализа изображений // Горный журнал. 1995. - № 11.

53. Чантурия В.А., Башлыкова Т.В. Технологическая оценка минерального сырья с помощью автоматического анализа изображения.//Горный вестник, 1998, №1.

54. Biscaye Р.Е. Mineralogy sedimentation of recent deep seas and oceans // Geol. Soc. Am. Bui. 1965, v. 71, p. 803 831.

55. Crystal Structures of Clay Minerals and their X-Ray Identification. Edited by G.M. Brindley and G.Brown, London:Mineralogical Society, 1980, 495