Том 47, № 3 (2024)
Геофизика
Опыт комплексирования бесконтактной технологии метода сопротивлений и геофизической съемки с применением беспилотных летательных аппаратов при поисках коренного золота в Бодайбинском синклинории
Аннотация
Современная ситуация в горно-геологической отрасли требует ускорения и удешевления поисковых работ. Значительные перспективы для оптимизации геофизической разведки на сложнопроходимых площадях с проблемным гальваническим заземлением имеют наземные бесконтактные методы и методы с применением беспилотных летательных аппаратов. Цель данного исследования заключалась в представлении результатов использования бесконтактной электроразведки (бесконтактное измерение электрического поля), обычно используемой при инженерных изысканиях, и магниторазведочных работ с применением беспилотных летательных аппаратов. Данный комплекс был направлен на поиск коренного золота в Бодайбинском районе Иркутской области. В работе дана краткая геологическая (геофизическая) ситуация и обоснование рациональной методики измерений. Геофизические работы проводились в масштабе 1:10000. Помимо этого, выполнено сопоставление полученных данных с областью применения бесконтактной технологии метода сопротивлений и предложены дополнительные и необходимые пункты к устоявшейся методике измерений. Установлено, что предложенный комплекс позволяет уверенно картировать основные перспективные на золотое оруденение геологические структуры за более короткий срок выполнения полевых работ.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):248-261
248-261
Классификация геологических пород с точки зрения возникновения в них сейсмоэлектрических и электрокинетических эффектов
Аннотация
Сейсмоэлектрический эффект и эффект вызванной поляризации электроосмотического типа относятся к разряду электрокинетических явлений. Теоретические основы этих явлений базируются на уравнениях Гельмгольца – Смолуховского. В первом случае это потенциалы течения, во втором – электроосмос. Однако не в каждом типе горных пород возникают значимые по амплитуде электрокинетические явления. Используя математические представления М. Био об учете в волновом уравнении, движение жидкости относительно твердой матрицы для медленных сейсмических волн и задачи Р. Чандлера об установлении давления внутри поры, были проведены расчеты амплитуды сейсмоэлектрического эффекта в пористых горных породах. Цель данного исследования заключалась в представлении результатов анализа амплитуд электрокинетических эффектов, возникающих либо при наложении на породу градиента давления, либо при разности потенциалов, базируясь на классификации Ф. Гассмана о связях между компонентами, слагающими горные породы, выделяющей породы с совершенной, несовершенной и отсутствующей связью между фазами. Было показано, что в породах с отсутствующей связью между компонентами, где заполнитель порового пространства свободно циркулирует в нем и поры хорошо связаны между собой, сейсмоэлектрический эффект не возникает. В породах с совершенной связью движения поровой влаги в порах также не происходит, электрокинетические явления в таких породах подавлены. Сейсмоэлектрический эффект и электроосмотические явления возникают лишь в породах с несовершенной связью между компонентами (породы с низкой, средней и частично высокой проницаемостью (кроме глин)) с радиусом пор 1·10-6–n·10-4 м. Эффекты вызванной поляризации методом становления можно обнаружить лишь при значениях постоянной спада вызванной поляризации ~ 1 μс – n мс.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):262-279
262-279
Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения
Условия формирования месторождений пресных подземных вод Иркутского артезианского бассейна
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в представлении результатов детализации гидрогеологических условий крупной гидрогеологической структуры – Иркутского артезианского бассейна II порядка. Для выделения территорий с различными условиями формирования месторождений пресных подземных вод и выявления границ крупных низменностей и возвышенностей рельефа в сопоставлении с геологической структурой использовался метод морфоструктурного анализа. Для обобщения автором привлечены данные по 45 месторождениям пресных питьевых подземных вод, разведанных на территории Иркутского артезианского бассейна II порядка с эксплуатационными запасами более 500 м3/сут. К крупным возвышенностям рельефа в пределах тектонических впадин приурочены месторождения пресных подземных вод в юрских терригенных породах, а к тектоническим поднятиям приурочены месторождения как в кембрийских карбонатных, так и в юрских и ордовикских терригенных отложениях. Месторождения восполняются за счет естественных ресурсов. Питание эксплуатационных горизонтов крупных месторождений в кембрийских и ордовикских породах происходит за счет привлекаемых ресурсов. В пониженных частях рельефа месторождения пресных подземных вод формируются только в четвертичных аллювиальных отложениях за счет инфильтрации из рек (привлекаемых ресурсов). Решающее влияние на формирование естественных ресурсов и динамических запасов, на локализацию подземного стока оказали неотектонические движения, обеспечив распределение и локализацию поверхностного и подземного стока. К тому же при выявлении перспективных участков поисков пресных подземных вод целесообразно опираться на закономерности распределения запасов пресных подземных вод уже разведанных месторождений в пределах выявленных морфоструктур.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):280-288
280-288
Прогноз устойчивости подземных горных выработок Ирокиндинского месторождения на основе сопоставления методик прогнозной оценки состояния массива горных пород
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в сопоставлении и корректировке результатов прогноза устойчивости подземных горных выработок Ирокиндинского золоторудного месторождения по различным методикам оценки состояния массива горных пород на основе анализа: только структурных параметров, многопараметрической классификации структурных параметров и инженерно-геологических показателей по З.Т. Бенявски и распределения массовой трещиноватости. Для оценки инженерно-геологических условий глубоких горизонтов месторождения использовались данные, полученные в процессе геомеханической документации керна при проходке разведочных и гидрогеологических скважин и документации стенок подземных горных выработок. Это позволило оценить степень раздробленности пород массива, влияющую на устойчивость подземных горных выработок. По отобранным пробам пород из керна разведочных скважин и горных выработок выполнен полный комплекс определений физико-механических и деформационных свойств. Всего в течение полевого сезона отобрано и проанализировано 184 пробы и выделено 10 разновидностей пород, характеризующихся различной прочностью, и, как следствие, степенью устойчивости. Проведенный сравнительный анализ на примере Ирокиндинского месторождения позволяет говорить о необходимости комплексного применения этих методик с целью повышения достоверности результатов и максимально корректного определения класса устойчивости горного массива для проходки в нем горной выработки. Результаты, полученные по различным методикам, должны рассматриваться как набор сигналов для принятия проектных решений об укреплении горных выработок.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):289-301
289-301
Технология и техника геолого-разведочных работ
Анализ особенностей строительства эксплуатационных скважин в условиях многолетнемерзлых пород
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в представлении результатов анализа особенностей строительства и эксплуатации скважин на нефть и газ в условиях многолетнемерзлых пород. При рассмотрении соответствующих данной теме материалов применялся метод сравнительного анализа. Объектом исследований являлись технологии и оборудование, применяемые для качественного и быстрого строительства глубоких скважин в условиях многолетнемерзлых пород. В результате происходят осложнения и аварии в виде обрушения стенок скважины, наличия каверн, прихватов, смятия обсадных колонн и просадки устьевого оборудования. Замечено, что наиболее неустойчивые породы в разрезах многолетнемерзлых пород находятся в интервале 0–200 м. Проведен анализ влияния температуры на интенсивность теплового взаимодействия в системе «промывочный агент – устье скважины – бурильная (эксплуатационная) колонна». Установлено, что основным способом предотвращения осложнений при бурении многолетнемерзлых пород является сохранение отрицательной температуры стенок скважины. Рассмотрено применение термоизолирующих обсадных труб для формирования направляющей колонны скважины. Отмечено, что в качестве основного способа при бурении криолитозоны целесообразно использовать роторный способ, а бурение под шахтовое направление осуществлять с помощью шнека без применения промывки. Установлено, что в бурении при использовании буровых растворов приходится решать проблему предупреждения замерзания раствора при длительном прекращении промывки. Учитывая, что зона многолетнемерзлых пород, как правило, состоит из рыхлых, неустойчивых пород, большое значение имеет продолжительность бурения под кондуктор, которая должна быть не более трех суток. За это время при применении качественного глинистого раствора с температурой от 0,5 до 2,5 °C осложнений почти не бывает. Исследована реальная возможность использовать в качестве очистного агента буровой раствор с отрицательной температурой, а также его же с положительной температурой, но с применением дополнительных специальных технологий. Признано, что применение буровых растворов с отрицательной температурой неэкономично. Установлено, что для предупреждения растепления многолетнемерзлых пород недостаточно только предварительного охлаждения циркулирующего раствора, необходимо также при проектировании режима бурения выбирать повышенные значения частоты вращения и осевой нагрузки на забой при одновременном изменении количества подаваемой в скважину жидкости. Рассмотрены варианты реализации технологии бурения буровых растворов с увеличением его степени минерализации. Отмечено, что если степень минерализации буровых растворов и поровой воды многолетнемерзлых пород одинакова, то система «скважина – порода» будет находиться в изотоническом равновесии.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):302-315
302-315
Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр
Система повышения качества сигнала радиотелеметрии для повышения эффективности дистанционного зондирования Земли с применением беспилотных летательных аппаратов в режиме кинематики реального времени
Аннотация
При проведении дистанционного зондирования Земли с помощью беспилотных летательных аппаратов зачастую возникает проблема потери связи между базовой станцией оператора и непосредственно беспилотным летательным аппаратом из-за естественных преград для распространения радиосигнала (рельеф, растительность и так далее) и вследствие большой дальности отлета аппарата. Особенно критична такая потеря связи в случае, если съемки ведутся с использованием технологии кинематики реального времени, которая обеспечивает передачу корректирующих поправок с базовой станции на контролер беспилотного летательного аппарата для обеспечения высокоточной пространственной привязки получаемых данных. Цель данной работы заключалась в создании системы ретрансляции сигнала с возможностью ее установки на беспилотный летательный аппарат легкого класса, способный зависать в воздухе более трех часов, для передачи радиосигнала с базы на беспилотный летательный аппарат через стороннее устройство за естественные преграды рельефа и на дальние расстояния. В ходе исследования проведено сравнение различных способов передачи сигнала через стороннее устройство и выявлена наиболее подходящая конфигурация, отвечающая требованиям качества передачи сигнала и простоты конструкции для выполнения работ в труднодоступных регионах. Для создания ретранслятора применялись радиомодемы RFD различных серий и апробировались различные частоты работы в связи с их доступностью и широкой возможностью настройки. В результате проведения работы была получена ретрансляционная пара радиомодемов, позволяющая перенаправлять радиосигнал от базовой станции на беспилотный летательный аппарат без потери качества и скорости передачи данных для выполнения работ дистанционного зондирования Земли с использованием технологии кинематики реального времени. Второстепенной особенностью ретранслятора является использование его как поисковой системы при аварийной посадке беспилотного летательного аппарата в случаях, когда поисковой маяк недоступен.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):316-328
316-328
Осинский резервуар – модель геофлюидодинамической системы: очаги генерации, пути миграции и местоскопления углеводородов
Аннотация
Цель данного исследования заключалась в представлении результатов анализа закономерностей распределения скоплений углеводородов на примере осинского продуктивного горизонта как регионального резервуара углеводородов – самостоятельной геофлюидодинамической системы. В работе использованы данные результатов буровых и геофизических работ, а также материалы исследований, опубликованных в открытой печати. На площади нефтегазоносных областей юга ряда тектонических структур Сибирской платформы (Ангаро-Ленской ступени, Байкитской антеклизы, юго-западной части Непско-Ботуобинской антеклизы, зоны Ангарских складок) широко распространенным продуктивным нефтегазоносным горизонтом, залегающим в низах кембрийского разреза, является осинский. По результатам нефтепоисковых работ, осинский горизонт – единственный стратиграфический уровень карбонатного комплекса венда – нижнего кембрия, характеризующийся региональной нефтегазоносностью. Условия образования флюидодинамической системы осинского мегарезервуара определяются характером литолого-фациальной обстановки формирования, обусловившей его геологическую неоднородность, особенности литологического состава, широкое площадное распространение в структурах нефтегазоносных областей, возможные пути миграции углеводородов из очагов генерации. Каждая геофлюидодинамическая система состоит из очагов генерации нефти и газа, каналов путей миграции, природных вместилищ углеводородов – резервуаров и ловушек, пород-коллекторов и флюидоупоров, а также контролируется благоприятным сочетанием этих факторов в геологическом времени и пространстве. Ординарная флюидодинамическая система представлена углеводородными растворами в очагах генерации нефти и газа, которые являются местом дефлюидизации нефтегазоматеринских пород осадочного нефтегазононого бассейна. К осинскому горизонту в центральных районах Лено-Тунгусской нефтегазоносной провинции приурочены залежи различного фазового состава углеводородов Марковского, Даниловского, Пилюдинского, Ярактинского, Чаяндинского, Среднеботуобинского, Талаканского, Ковыктинского и других месторождений, на которых доказана его промышленная продуктивность. Среднеусольский осинский резервуар регионально нефтегазоносен в нефтегазносных областях Байкитской и Непско-Ботуобинской антеклиз, Ангаро-Ленской ступени и зоне Ангарских складок. В настоящее время с осинским горизонтом связаны дальнейшие перспективы прироста ресурсов углеводородов в венд-нижнекембрийском карбонатном комплексе.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):329-341
329-341
Современное состояние технологий колонкового бурения подледниковых горных пород
Аннотация
Цель данной работы заключается в представлении обзора проектов колонкового бурения подледниковых горных пород на островах Арктики и в Антарктиде, выполненных специалистами России, Соединенных Штатов Америки, Дании и Китая. Анализ результатов отечественных и зарубежных проектов позволил выявить геолого-технические особенности колонкового бурения подледниковых горных пород, достоинства и недостатки используемых технологий, определить оптимальный тип породоразрушающего инструмента и наметить одно из возможных направлений в совершенствовании существующих технологий. Авторами предлагается рассмотреть способ бурения базального льда и подледниковых горных пород, в основу которого заложен принцип возвратно-вращательного движения породоразрушающего инструмента. Первая апробация данного способа была проведена более десяти лет назад в Санкт-Петербургском горном университете и показала положительные результаты. Однако исследования были направлены на изучение процессов, протекающих в электромеханическом приводе, и не затрагивали режимов бурения горных пород. Авторами статьи планируется проведение комплекса научно-исследовательских работ, направленных на создание технологии колонкового бурения скважин в подледниковых горных породах, основанной на возвратно-вращательном движении породоразрушающего инструмента.
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):342-355
342-355
Статьи
К сведению авторов
Науки о Земле и недропользование. 2024;47(3):356-360
356-360