Автор Тема: Условия промышленного освоения глубоководных полиметаллических месторождений  (Прочитано 1337 раз)

Оффлайн admin

  • Administrator
  • Завсегдатай
  • *****
  • Сообщений: 473
  • Репутация: 6
    • E-mail

Горно-геологические условия промышленного освоения глубоководных полиметаллических сульфидов Северной Атлантики


Под горно-геологическими условиями освоения (разведки и разработки) глубоководных месторождений твердых полезных ископаемых (ТПИ) понимается информация, позволяющая составить прогнозы взаимодействия рудных тел, рудной массы и компонентов окружающей природной среды (геологической, водной, воздушной и биологической) с механизмами, транспортными средствами и инженерными сооружениями, включая сведения о возможном опасном воздействии процессов, возникающих в рудной массе во время ее транспортирования и хранения. В первую очередь имеются в виду процессы, сопровождающиеся самовозгоранием рудной массы и выделением токсичных и горючих газов.

Горно-геологические условия разведки и добычи ТПИ можно представить в виде многоуровенной системы знаний, включающей как информацию о природных компонентах этих условий, так и о рудной массе, поднятой на борт судна, а также о технических средствах разведки и добычи.
 
Изучение горно-геологических условий разведки и добычи глубоководных ТПИ проводится с помощью инженерно-геодезических, инженерно-геологических, инженерно-гидрометеорологических инженерно-экологических исследований по методике, учитывающей специфику объектов промышленного освоения.

Актуальность всестороннего исследования горно-геологических условий промышленного освоения глубоководных полиметаллических сульфидов (ГПС) обозначилась с выходом в свет концепции изучения и освоения минеральных ресурсов Мирового океана {на период до 2020 г.).

Рассмотрение особенностей горно-геологических условий Северной Атлантики определяется «Планом работ по разведке полиметаллических сульфидов в Северной Атлантике на площади Российского разведочного района», утвержденным в 2011 г. Международным органом по морскому дну.

Анализ особенностей формирования природных компонентов горно-геологических условий осуществлен методом сравнительной планетологии, позволяющим путем сопоставления экзогенных процессов Земли с такими же процессами на небесных телах, лишенных гидросферы, объективно оценить роль экзогенного энергомассопереноса на Земле в подкоровых процессах, включая формирование зон растяжения литосферы.

Особенности геологического строения Срединно-Атлантического хребта (САХ) обусловлены его расположением в пределах зоны растяжения литосферы, осевая часть которой совпадает с рифтовой долиной. Зона растяжения в срединной части Атлантики формируется под влиянием оттока подкорового вещества, компенсирующего экзогенный снос с континентов Евразии и Африки с одной стороны и Америки — с противоположной. Экзогенные литодинамические процессы, направленные на нивелировку поверхности Земли, характеризуются величиной ежегодного сноса в Мировой океан 27 млрд т твердого вещества.

За весьма непродолжительное геологическое время (12-20 млн лет) количество вещества, сносимого с суши, превысит массу горных пород, расположенных выше уровня моря, и оцениваемую в пределах 3,3-Ю17 т [4]. Однако суша, окаймляющая океанские впадины, существует по крайней мере уже более 150 млн лет, что подтверждает наличие компенсационного оттока. Механизм вязкопластического течения мантийного вещества и общая схема глобального энергомассопереноса в литосфере и окололитосферном пространстве Земли раскрыты с позиций кинетической теории жидкости в ряде работ.

Отток мантийного вещества отражается в формировании на поддонных глубинах 70-120 км астеносферных слоев с вязкостью на один-два порядка ниже, чем для других слоев верхней мантии.

Снижение вязкости на один-два порядка отмечается при лабораторных опытах с принудительным созданием вязкопластического течения исходного вещества в вискозиметрах.

Компенсационное вязкопластическое течение подкорового вещества за счет сил трения вызывает формирование поперечных и продольных разрывных нарушений, перемещение блоков вышележащих пород «упругой» мантии и океанской коры, проявляется в магнитных полях, что, по мнению авторов, вызвано напряжениями, определяющими вязкопластическое течение этих слоев.

Динамика магнитных полей отражает растяжение дна океана с формированием зоны спрединга, скорость которого от 1 -2 до 18-20 см в год.

Существенную роль в формировании вертикальных перемещений блоков земной коры друг относительно друга играет всевозрастающая нагрузка вещества, сносимого с континентов в зоны лавинной седиментации современных геосинклиналей (осадочно-породных бассейнов у окраины континентов), в подводных дельтах крупных рек, на «активных» континентальных окраинах.

На активность процессов в областях океанского седиментогенеза существенное влияние оказывает солнечная энергия, запасенная в осадочных отложениях за счет процессов дезинтеграции вещества на суше, в зоне выветривания. Запасенная энергия выделяется в геосинклиналях и других областях осадконакопления при консолидации вещества с уменьшением его удельной поверхности. По расчетам Б. В. Филиппова, количество запасенной энергии, поступающей ежегодно только в зоны лавинной седиментации, составляет 1,7-1020 Дж.

Непосредственно в ослабленных срединно-океанических зонах растяжения по многочисленным разрывным нарушениям на океанское дно выводятся основная и ультраосновная лава и сопровождающие ее флюиды с образованием плутонических и жильных тел, вулканов, рудных скоплений, зон оруденения и термальных источников.

Геологическое строение Российского разведочного района (РРР) в Северной Атлантике

С процессами растяжения литосферы связано формирование «коренной» основы Российского разведочного района, состоящей в большинстве случаев из магматических горных пород: плутонических, вулканических и жильных. Существенное распространение имеют гидротермальные образования.

Рыхлый покров на рудных полях океанского дна развит довольно слабо. Плутонические образования относятся в основном к перидотитам — семейству глубинных ультраосновных пироксен-оливиновых пород.

Вулканические породы, имеющие широкое распространение, представлены в основном базальтами, сформировавшимися главным образом за счет извержений трещинного типа. Возраст вулканов плейстоцен-голоценовый, реже — палеоген-неогеновый. Жильные основные и ультраосновные образования слагают дайки и силлы.

Рудные поля Срединно-Атлантического хребта в основном генетически связаны с гидротермами. Рудные образования своей верхней частью нередко выступают над донной поверхностью. В рельефе дна они обычно представлены группами холмов.

Важным аспектом изучения горно-геологических условий разведки и добычи глубоководных полиметаллических сульфидов является оценка их устойчивости при изменениях условий окружающей среды, в частности, при подъеме глубоководных сульфидов на борт судна. Устойчивость состояния ГПС на борту судна и на суше определяется их химическим составом, представленным солями сероводородной кислоты. При разложении сульфидов выделяется сероводород — весьма токсичный газ. Смесь сероводорода с воздухом взрывоопасна.

При окислении сульфидов выделяется значительное количество энергии с повышением температуры рудной массы до опасных пределов. За счет взаимодействия с морской водой образуется серная кислота.

Рельеф с элементами геоморфологии

Основные морфоструктуры площади исследований — формы мезо- и микрорельефа — отражают процессы в зоне растяжения литосферы: формирование разрывных нарушений; вертикальные и горизонтальные смещения блоков литосферы; магматизм и вулканизм трещинного и центрального типов; гидротермальную деятельность.

Перераспределению напряжений в океанской коре способствуют изменения давлений на океанском ложе в зонах лавинной седиментации и компенсационный отток подкорового вещества.

Основными морфотипами рельефа рассматриваемого района Срединно-Атлантического хребта, сформировавшимися под воздействием названных процессов, являются рифтовая долина и желоба поперечных разломов. В эту же группу морфоструктур могут быть отнесены и вулканические горы.

Рифтовая долина морфологически представляет собой линейную депрессию, ориентированную по оси растяжения. Ширина ее от 2 до 20 км по днищу и 11-30 км по бровкам. Относительная глубина колеблется от 50 до 2500 м. Форма поперечного сечения долины V- или 11-образная. Днище неровное, часто осложнено серией кулисообразно расположенных гряд или вулканических хребтов высотой до 200 м и более протяженностью в среднем 7-70 км.

Борта долины характеризуются крутизной склонов, в основном от 11 до 25 градусов, на отдельных участках уменьшаясь до 5-10 градусов и менее. Поверхность склонов осложнена вулканическими грядами высотой до нескольких сотен метров, отдельными конусами (вулканами) и террасовидными ступенями протяженностью до 15 км и шириной до 5 км.

Рельеф донной поверхности в пределах рифтовой долины также осложнен микро- и малыми мезоформами гидротермального генезиса, развитыми на площадях активных и реликтовых гидротермальных полей.

Вулканические горы. Приосевые горы, сформировавшиеся за счет вулканизма в зоне растяжения, представлены системой субпараллельных гряд протяженностью до 100 км и более. Ориентировка гряд и сопряженных с ними ложбин соответствует простиранию рифтовой долины.

Относительная высота гряд — до 1500 м, абсолютные отметки минус — 2000-3000 м. Поперечное сечение ложбин У-образное, реже — У-образное. Вулканические горы широко развиты в центральной части Срединно-Атлантического хребта. Между 30` с.ш. и 15` ю. ш. насчитывается 400-450 таких гор, часть из которых образуют вулканические острова.

Желоба поперечных разрывных нарушений пересекают рифтовую долину почти под прямым углом, вызывая смещение рифтовой долины на несколько десятков километров. У северной границы Российского разведочного района желоб обладает глубиной 500-800 м при ширине около 10 км и характеризуется симметричными бортами и лоткообразным поперечным профилем. Абсолютные отметки бровки желобов — минус
2500-3000 м. Днище неровное за счет серии невысоких вулканических гряд, ориентированных параллельно бортам в субширотном направлении.

Микро- и мезоформы рельефа. Из относительно мелких форм, осложняющих рельеф днищ и бортов депрессий, наибольший практический интерес с позиций оценки горно-геологических условий разведки и добычи глубоководных полиметаллических сульфидов имеет рельеф рудных образований, развитых на активных и реликтовых гидротермальных полях. В пределах Российского разведочного района гидротермальные поля развиты как на поднятиях днища рифтовой долины, так и на сочленении днища рифтовой долины с ее бортами и на структурных террасах в ее бортах.

Опасные геологические явления

Из опасных геологических явлений на объектах ГПС следует обратить внимание на вулканизм трещинного и центрального типа, выражающегося в форме излияния магм основного состава в зоне растяжения земной коры, и на современные излияния магмы перидотитового состава, что создает угрозу для проведения работ по разведке и добыче глубоководных полиметаллических сульфидов. Опасны также участки выхода высокотемпературных гидротерм. Высокие температуры морской среды при низких рН определяют ее высокую коррозионную агрессивность по отношению к механизмам разведки и добычи.

Кроме того, гидротермы, попадая в относительно низкотемпературную морскую среду придонных областей океана, выделяют растворенное вещество в твердую фазу, образуя «каминные» трубы «курильщиков», которые растут с фантастической быстротой, иногда по нескольку метров в месяц, что также не благоприятствует проведению разведочных и добычных работ на объектах ГПС. Возможны также землетрясения с магнитудой до 7,3, инициирующие усиление современного вулканизма и гидротермальной деятельности у донной поверхности.

Биология гидротермальных полей

Зоны растяжения Мирового океана, включая Срединно-Атлантический хребет, являются средоточием развития уникальных гидротермальных биоценозов, включающих живые организмы, способные существовать при температурах до 110-120С и выше. За 20 лет (1977-1997 гг.) биологического изучения участков выхода горячих флюидов в глубоководных зонах растяжения литосферы обнаружено более 450 видов живых организмов, из которых 97% оказались новыми для науки.

Биомасса гидротермальных живых организмов в зонах растяжения литосферы достигает 52 кг/м2 и более, что в десятки тысяч раз выше биомассы в других областях океанского ложа. Поверхность сульфидных образований гидротермальных полей в форме башен, столбов, конусов, включая «черных и белых курильщиков», обросла «бактериальными матами» и уникальными живыми организмами. Облака бактерий приурочены и к участкам разгрузки гидротерм в придонную океанскую среду.

Выводы

Горно-геологические условия освоения глубоководных полиметаллических сульфидов существенно отличаются от таких же условий освоения скоплений железомарганцевых образований (ЖМО), образующихся под влиянием гальмиролиза в самой верхней части придонных слоев.

Горно-геологические условия разведки и разработки объектов ГПС определяют необходимость применения буровых работ на глубину свыше 100 м твердосплавным и алмазным породоразрушающим инструментом при глубине океана до 4 км и более, с созданием соответствую щих судов, технических и аппаратурных средств, включая управляемые подводные аппараты, необходимые, в частности, для установления местоположения и оборудования устьев поисковоазведочных скважин.

Хранение на судне и транспортирование глубоководных полиметаллических сульфидов должны осуществляться в соответствии с рекомендациями ООН по перевозке опасных и многих других международных правовых и нормативных документов, обеспечивающих безопасность персонала при проведении разведочных работ.

На этапе разведки и добычи ГПС необходимо особо тщательное проведение мониторинга и моделирование процесса распространения факела загрязнений, направленного на обеспечение защиты гидротермальных биоценозов и морской среды.

Названные особенности горно-геологических условий разведки и добычи ГПС в пределах Российского разведочного района требуют заблаговременной и тщательной разработки ТЭО добычи глубоководных полиметаллических сульфидов с соответствующими расчетами.

По материалам издания «Горный Журнал»
« Последнее редактирование: Декабрь 28, 2013, 07:59:09 am от admin »

Оффлайн Juststepmax

  • Посетитель
  • **
  • Сообщений: 2
  • Репутация: 0

Горное дело - форум шахтеров и горняков


 

Классификация геологических объектов месторождений Западной Сибири по генетическ

Автор Kris

Ответов: 3
Просмотров: 2269
Последний ответ Январь 23, 2015, 13:39:40 pm
от Vitalqqqq_Vitalqqqq
Проблемы освоения техногенного комплекса Колымы

Автор admin

Ответов: 2
Просмотров: 4001
Последний ответ Март 28, 2014, 15:45:05 pm
от Louie