ЕНИСЕЙСКАЯ АРКТИКА

Hекоммерческая междисциплинарная научно-образовательная платформа

КЕЙС “ГРАНАТЫ АРКТИКИ”

Данный кейс ставит задачу анализа существующих методик изучения геологического строения, разработки программы геологоразведочных работ, оценкуинвестиций, необходимых на проведение ГРР и подсчета запасов Солзенского участка гранатового месторождения.

Гранатовый абразивный песок (Сагпеl) – это химически неактивный, гомогенный, неметаллический природный минерал, состоящий из гранул граната Альмандина, является крайне жестким и тяжелым абразивом с плотностью примерно 4,1-4,3 г/см3. Гранатовый песок не является канцерогенным и токсичным. Однако, будучи природным минералом может иметь различный уровень радиоактивности: от 1 до 4 группы включительно.

Среди основных геолого-промышленных типов месторождений наиболее распространены россыпные объекты (прибрежно-морские россыпи), именно они обеспечивают до 85% поставок сырья на международные и внутренние рынки. Остальное количество минерала добывается из коренных месторождений метаморфического и скарнового генезиса.

Технический гранат из прибрежно-морских месторождений является более технологичным вследствие комплексностиисходногосырья(попутное извлечение титановых, циркониевых и иных минералов), низкойсебестоимостидобычиипервичного обогащения и высокого качества материала (окатанность зерен граната, отсутствие вредных примесей и т.д.)

Мировыеаналогиместорожденийгранатовогопеска:

Гранатовые концентраты Солзенского участка по своему минеральному составу близки к абразивным материалам, реализуемым в настоящее время на российском рынке в качестве материалов для пескоструйной обработки поверхностей, режущего инструмента на станках водо-абразивной резки и в качестве фильтрующего элемента в водяных фильтрах. Оценка режущей способности гранатовых концентратов, полученных из песков участка Солза и содержащих 92-93% граната, проводилась в сравнении с режущей способностью песка индийской фирмы Indian Ocean Garnet Sands Company, который в настоящее время импортируется в Россию.

Россыпи абразивного граната, как промышленный тип месторождения, в России (и СССР) никогда не изучались, соответственно в «Методических рекомендациях по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (россыпные месторождения)» нет сведений о размерности месторождений, группировке их по сложности строения и о плотности разведочной сети для этого полезного ископаемого.

Некоторые особенности разведки россыпей

Россыпи изучаются с детальностью, позволяющей выяснить глубину и условия ее залегания, форму, размеры, мощность продуктивного пласта, вещественный и зерновой состав торфов (вскрышные/перекрывающие породы), песков и содержащихся в песках полезных минералов, особенности их изменения по простиранию, ширине и мощности пласта, рельеф плотика и литолого-петрографический состав слагающих его пород, характер распределения и изменчивость концентраций полезных минералов в вертикальном разрезе и в плане. Степень изученности перечисленных характеристик должна быть достаточной для подсчета запасов и оценки его достоверности через участок детализации и/или крупнообъемные пробы.

Разведка россыпных месторождений производится скважинами ударно-канатного, колонкового бурения (буровая разведочная система), поверхностными (глубиной до 5 м) горными выработками (горные разведочные системы), комбинацией скважин и горных выработок (горно-буровые разведочные системы).

Выбор разведочной системы, типа и сечения разведочных выработок, диаметра скважин, способов опробования зависит от вида полезного ископаемого, глубины залегания продуктивного пласта, состава (пески, глины, валуны, галечники и т.д.) и состояния пород, степени обводненности пород, а также экономической целесообразности.

Разведку близповерхностных россыпей в мерзлых или необводненных породах целесообразно проводить поверхностными горными выработками, в слабообводненных – сочетанием поверхностных горных выработок (на осушенных участках) и скважин (на обводненных участках).

Применяемая разведочная система должна обеспечить выяснение с необходимой достоверностью особенностей геологического строения месторождения и размещения слагающих его продуктивных пластов, их формы, условий залегания, размеров, а также качества песков и значений основных подсчетных параметров.

Разведка прибрежно-морских титано-циркониевых и аллювиальных титановых россыпей обычно проводят скважинами колонкового и ударно-канатного бурения диаметром около 100 мм.

Расположение разведочных выработок и плотность разведочной сети должны определяться в каждом отдельном случае с учетом вида полезного ископаемого, формы, условий залегания, размеров, строения продуктивного пласта, характера распределения полезного компонента, распространения участков многолетнемерзлых пород и таликовых зон, строения поверхности плотика. При расположении разведочных линий необходимо принимать во внимание местные особенности геологического строения россыпи, в частности, наличие участков возможного поступления в долину полезного ископаемого (боковые притоки, коренные источники и др.) или резкого изменения структуры коренных пород плотика, их состава, формы долины и др.

Для подавляющего большинства пляжевых россыпей, характеризующихся большой протяженностью при относительно небольшой ширине, значительной изменчивостью параметров по ширине и малой изменчивостью по длине, следует применять разведочную сеть с расстояниями между разведочными линиями, в 10-20 раз превышающими интервалы между выработками по линии.

Для изучения качества полезного ископаемого, оконтуривания продуктивных пластов и подсчета запасов вся толща рыхлых отложений и верхняя часть плотика должны быть опробованы, при этом продуктивная толща опробуется во всех выработках. Выбор способов опробования производится исходя из вида полезного ископаемого, конкретных геологических особенностей россыпи и применяемых технических средств разведки.

При выборе методов (геологический, геофизический) и способов (керновый, бороздовый и др.) опробования, определении качества отбора и обработки проб, оценке достоверности результатов опробования следует руководствоваться соответствующими нормативно-методическими документами и «Методическими рекомендациями по геофизическому опробованию при подсчете запасов месторождений металлов и нерудного сырья», утвержденными распоряжением МПР России № 37-р от 05.06.2007.

Приморская площадь в административном отношении располагается на территориях муниципальных образований Приморского, Мезенского районов и г. Северодвинска Архангельской области. Географически она занимает прибрежную пляжевую полосу Белого моря от уреза воды до берегового уступа в пределах Летнего берега и Зимнего берега и имеет протяженность приблизительно 194 км при средней ширине 100 м.

Площадь работ расположена в экономически освоенном районе. В её контур попадает около 10 населённых пунктов, неравномерно разбросанных по всему побережью с населением от десятков до первых сотен человек (Нижняя Золотица, Нёнокса, Солза).

Населенные пункты электрифицированы, снабжены телефонной связью. Непосредственно вблизи площади находится крупный индустриальный центр с городами Архангельск, Северодвинск, Новодвинск, где проживает более половины населения Архангельской области, сосредоточен основной промышленный потенциал области и располагаются крупные морские торговые порты, в том числе – с круглогодичной навигацией. Транспортная инфраструктура развита недостаточно. В период навигации во все населённые пункты доставка пассажиров и грузов осуществляется морским транспортом, а в зимний период прокладываются зимники.

Участок Солзенский, находится в пределах земель МО «Северодвинск», имеет площадь 1 км2.

Природоохранные ограничения

Для отдельных участков Белого моря и некоторых рек имеется ряд природоохранных ограничений на ведение работ, введенных Севрыбводом. Трёхкилометровая прибрежная полоса моря является местом промысла сельди, сёмги, наваги, горбуши. Время промысла: сельди – май – июнь, сёмги – август – сентябрь, горбуши

– июль – август, наваги – с ледостава до февраля – марта. Места промысла по Двинскому заливу: Лопшеньга, Унская губа, Солза, Марья, Яндова губа, Лебедин, Голец, Кумбыш, Голая Кошка, Мудьюг, Куя, Козлы; по Горлу Белого моря: Золотица, Инцы, Ручьи. В районе Зимних гор ограничения действуют с 15.07 по 15.09 в нечётные, и с 01.08 по 15.09 в чётные годы на период массового хода лососевых.

Река Солза впадает в Двинской залив Белого моря, протяжённость её 109 км, ширина в нижнем течении достигает 75-80 м. Грунт песчано-галечный, каменистый, местами песчаный. Река высшей категории водопользования. Водоохранная полоса 3000 м. В настоящее время промысел отсутствует, но Солзенский рыбоводный завод ежегодно отлавливает производителей сёмги в реке Солзе для рыбоводных целей. Нерестилища расположены с 45 по 76 км от устья, кроме того, сёмга нерестится в реке Казанке – правом притоке р. Солзы.

История геологической изученности

Россыпые проявления абразивного граната на побережье Летнего берега Онежского полуострова впервые были изучены при проведении комплексной геолого- гидрогеологической съемки масштаба 1:200 000 (Листы Q-37-ХХVII, XXVIII, Q-37- ХХХIII, XXXIV, 1999 г., Т.Н. Зоренко, Г.М. Черемхина).

В ходе этих работ было выявлено два проявления: Унское (расположено за пределами Приморской площади на территории парка «Онежское Поморье») и проявление участка р. Сярьзенга – м. Голец, в пределах которого находится участок работ Солзенский. На этом участке была выявлена залежь протяженностью около 7 км с мощностью обогащенного слоя до 1 м. По пяти пробам было определено содержание минералов тяжелой фракции, которое составило:

  • гранат – до 1710 кг/м3, в среднем – 503 кг/м3;
  • ильменит – до 29 кг/м3, в среднем – 7,8 кг/м3;
  • циркон – до 4,9 кг/м3, в среднем -1,9 кг/м3;
  • рутил – до 2,2 кг/м3, в среднем – 0,9 кг/м3;
  • сфен – до 6,4 кг/м3, в среднем – 2,4 кг/м3.

Судя по содержаниям, в пробу отбирался материал из наиболее обогащенных гранатом прослоев – из природного концентрата. Ориентировочные запасы граната были оценены в 350 тыс. т.

В пределах Зимнего берега Белого моря такие исследования россыпепроявлений граната не проводились. В 1988-1991 годах на шельфе Горла Белого моря, включая территорию современного пляжа, были проведены геолого-съемочные работы м-ба 1:200 000 (Оборин, 1991 г.). По результатам работ были выявлены участки скопления естественного гранатового концентрата на поверхности пляжа, из которого отбирались пробы естественного шлиха для оценки перспектив территории на обнаружение россыпей

алмазов и титан-циркониевого сырья. В 2005-2008 гг. было выполнено ГДП-200 листов Q- 37-ХXIII,-ХХ1V,-XXIX,-XXX на Золотицкой площади (Черемхина, 2008 г.), в результате чего был составлен комплект карт геологического содержания нового поколения.

Геологическое строение площади

В геологическом строении Приморской площади принимают участие:

Плейстоцен

Верхнее звено. Валдайский надгоризонт. Осташковский горизонт. Ледниковые отложения слагают высокий абразионный береговой уступ: на Никольском участке – в юго- западной части, на Товском – по краям участка. Представлены, коричневыми суглинками с включением гравия, гальки, валунов, вскрыты в некоторых выработках.

Голоцен

Нижняя часть. Морские отложения 1-ой морской террасы (m1Н1) слагают абразионный береговой уступ 1-ой морской террасы. Отложения имеют пестрый литологический состав: пески от тонко-до грубозернистых, песчано-гравийно-галечные осадки, глины. Максимальная установленная мощность отложений составляет более 5 м. Средняя и верхняя части представлены морскими отложениями, которые были разделены на отложения низкой морской террасы и пляжевые отложения.

Отложения низкой морской террасы (m1Н2-3) слагают низкую морскую террасу высотой до 2-3 м, развитую в пределах широкого аккумулятивного берега. По составу они полностью идентичны пляжевым отложениям – мелкозернистые преимущественно кварцевые пески, местами содержат прослои полимиктовых и гранатовых песков. Мощность отложений низкой морской террасы – более 3 м. Сверху поверхность террасы часто перекрыта эоловыми отложениями – дюнами

Морские пляжевые отложения (m2Н2-3) слагают пляж и береговые валы. В условиях аккумулятивного пляжа отложения представлены мелкозернистыми песками, в условиях абразионно-аккумулятивного пляжа, в той или иной степени присутствуют разнозернистые пески или песчано-гравийно-галечные отложения. По составу пески кварцевые и полимиктовые, содержат прослои, обогащенные минерами тяжелой фракции (гранат, ильменит, рутил, магнетит и др.). С этими отложениями связаны россыпи гранатовых песков. Максимальная вскрытая в выработках мощность отложений – 2,5 м.

Геоморфологическое строение площади обусловлено ее расположением в пределах развития аккумулятивного и абразионно- аккумулятивного берегов. Аккумулятивный берег характеризуется широким пляжем, сложенным мелкозернистыми песками, поверхность которого имеет слабый уклон в сторону моря, наличием береговых валов и невысокого берегового уступа низкой морской террасы, с локальным распространением дюн на его поверхности.

Аккумулятивный пляж представляет собой плоскую равнину со слабым уклоном в сторону моря шириной до 250 м. Со стороны моря в профиле пляжа выделяется зона осушки в виде слабовыраженного валообразного поднятия, затопляемого морем во время прилива – это формирующийся береговой вал в условиях отступания моря.

Первый береговой вал, расположенный ближе к морю, прослежен практически вдоль всего участка параллельно береговой линии. Местами он прерывается или имеет кулисообразное смещение за счет размывов многочисленными протоками. Общая протяженность вала составляет 7 км, максимальная высота его гребня достигает 2 м, ширина – до 50 м.

Второй береговой вал является более древним, расположен от первого на удалении 30 – 150 м вглубь суши. Вал хорошо выражен в рельефе, высота гребня – до 2 м, ширина – до 50 м, с поверхности иногда задернован, покрыт травяной растительностью, местами его можно принять за низкую морскую террасу.

Понижение между валами заполнено водой, образуя вытянутую лагуну шириной до 70 м, соединенную с морем узкой протокой. Местами валы засорены «плавником», иногда подвержены абразии за счет волновой деятельности моря. Береговые валы указывают на

положение древних береговых линий в условиях отступающего моря. Береговой уступ в низкой морской террасе, невысокий, в основном, до 2 м, на ее поверхности распространены дюны. Дюны формируют эоловый холмистый рельеф с котловинами выдувания, плоское дно которых часто совпадает с уровнем поверхности низкой морской террасы. Дюны образуются за счет развевания морских пляжевых отложений, имеют форму ассиметричных гряд и холмов, ориентированных вдоль побережья, высота дюн достигает 6 м. Часто они закреплены растительностью.

По генезису и условиям формирования россыпи абразивного граната с попутной титановой (ильменитовой) минерализацией относятся к типу современных прибрежно- морских, приурочены к средне- верхнеголоценовым морским отложениям пляжевой фации.

Россыпи представляют собой ряд пространственно сближенных залежей, разделенных «пустыми» песками или руслами рек, проток.

По гранулометрическому составу пески полезной толщи преимущественно мелкозернистые хорошо сортированные, реже – среднезернистые. Иногда содержат прослои разнозернистых песков с гравием до 10 %. Осложняющим фактором при проведении поисково-разведочных работ и дальнейшей разработки является засоренность некоторых залежей «плавником», который залегает как сверху (местами образуя завалы), так и следится в глубину на всю мощность залежи.

Задание для Кейса-1 «Гранаты Арктики»

По условиям кейса вам необходимо :

  1. Изучить мировые месторождения – аналоги (геологическое строение, вещественный состав, инженерно – геологические условия, экологические условия).
  2. Изучить существующие методические подходы к геологическому изучению и разведке аналогичных месторождений, разработать геологическую модель объекта.
  3. Сформировать программу выполнения геологоразведочных работ с указанием целей, задач и методов решения.
  4. Предложить виды и объемы опробования для изучения технологических свойств песков (основной и попутный компоненты), схем у проведения технологических испытаний.
  5. Изучить требования рынка и состояние рынка основного и попутных компонентов.
  6. Рассчитать объем затрат на выполнение программы работ и рентабельность проекта в целом.
  7. Предложить мероприятия по снижению воздействия на окружающую среду, мероприятия по энергосбережению и оценить возможность применения в проекте альтернативных и/или возобновляемых источников энергии.
  8. Оценить эффективность предложенных мероприятий.
  9. Защитить проект в формате презентации.