Минерально-сырьевое обеспечение прогрессивного, инновационного развития России путем кардинального повышения достоверности глубинного прогноза месторождений

Ройзенман Ф.М.1

МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРЕССИВНОГО, ИННОВАЦИОННОГО РАЗВИТИЯ РОССИИ ПУТЕМ КАРДИНАЛЬНОГО ПОВЫШЕНИЯ ДОСТОВЕРНОСТИ ГЛУБИННОГО ПРОГНОЗА МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Ключевые слова: глубинный прогноз месторождений, высокая достоверность прогноза, методы исследований, прогноз промышленных параметров, эффективность геологической отрасли.

Keywords: deep forecast of mineral deposits, high accuracy of the forecast, methods of researches, forecast of industrial parameters, efficiency of geological branch.

Введение. За последние десятилетия в геологической отрасли произошли коренные изменения: 1) в настоящее время поверхность Земли во многих странах уже хорошо исследована, вероятность открытия месторождений на дневной поверхности резко сократилась, и на передний план уже давно выдвинулась проблема глубинного локального прогноза месторождений полезных ископаемых; 2) для большинства полезных ископаемых основное промышленное значение имеет целенаправленный поиск крупных и богатых месторождений. Для выполнения этих условий необходимо высокоточное глубинное прогнозирование месторождений полезных ископаемых. К сожалению, ни геологическая наука, ни геологическая практика в России и в мире оказались не готовыми к принципиальному изменению условий прогнозирования. Как справедливо отметил известный ученый, один из ведущих специалистов по месторождениям полезных ископаемых, директор института ИГЕМ, академик Л.Н. Овчинников: «К сожалению, современный уровень наших знаний, уровень геологической науки в целом и учения о полезных ископаемых в частности таков, что возможность прогнозирования месторождения с достаточным успехом весьма мала» [2]. Действительно, реальная достоверность геологического прогноза составляет в настоящее время для большинства полезных ископаемых 5-10% (ошибка 90-95%!).

Для кардинального повышения эффективности геологической отрасли автором разработана принципиально новая система - высокоточного глубинного прогноза месторождений [3, 4].

Применение новой системы прогноза позволяет уже после геолого-картировочных, научно-исследовательских и поисковых работ на дневной поверхности (и до начала дорогостоящих и длительных горно-буровых разведочных работ) получать количественную информацию: 1) какова вероятность обнаружения промышленного месторождения в данном месте, в том числе - на глубине; 2) как вывести достоверность прогноза на уровень выше 80%; 3) каковы размеры этого месторождения; 4) величина в нём запасов полезного ископаемого; 5) содержание полезного ископаемого; 6) качество минерального сырья. Эти данные позволяют заранее рассчитать рентабельность добычи полезного ископаемого и определить целесообразность разведки данного объекта.

Разработка и апробация новой системы прогноза проведены на территориях хорошо изученных рудных полей и месторождений: слюды-флогопита, слюды--мусковита, графита, лития, цезия, тантала, бериллия, медно-никелевых руд, полевошпатового сырья, облицовочного камня, подземных водоисточников и других полезных ископаемых. Всего исследовано 40 месторождений 18-ти полезных ископаемых в 15-ти рудных полях России: в Якутии, на Кольском полуострове, в Карелии и на Урале [4].

Методы исследований. При разработке системы количественного прогноза использовался большой комплекс методов исследований: 1) крупномасштабное геологическое картирование рудных полей и месторождений по формально однозначной методике Б.М. Роненсона [5]; 2) геофизическая съемка, 3) геохимическая съемка, и другие методы: всего использовано 12 методов исследования.

Расчет достоверности локального прогноза рудных тел производится по «поисковой вероятности». В качестве оптимального уровня «поисковой вероятности» выбрана величина 80%. Определяется этот уровень тем, что при повышении финансирования поисковых работ достоверность прогноза увеличивается пропорционально величине финансирования, а после увеличения финансирования более 80% достоверность прогноза растет непропорционально мало.

Для достижения уровня достоверности 80%, к основному - геологическому поисковому критерию, дающему 50-70% «поисковой вероятности», на месторождениях редкометальных пегматитов добавлялся геохимический критерий, на месторождениях графита и подземных водоисточников - геофизический критерий, на месторождениях мусковита и флогопита - термобарогеохмический поисковый критерий [3].

Критерии оценки размеров рудных тел. Размеры рудных тел (их длину, мощность, вертикальные параметры оруденения) можно определить по величине исследованных поисково-оценочных критериев: геологических, геохимических, геофизических, термобарогеохимических [3, 4].

1 Ройзенман Феликс Моисеевич - д.г.-м.н., академик Российской и Европейской академий естественных наук, член Российского геологического общества, автор 200 публикаций, 4 изобретений, первооткрыватель 70-ти месторождений 18-ти полезных ископаемых (металлических, неметаллических и жидких). E-mail: feliksmr@gmail.com

Рисунок 1.

Карта декрептометрических аномалий на месторождении комплексных редкометальных пегматитов

Васин-Мыльк

1 - жила пегматитов; 2-6 - зоны со значением декрептометрического поискового коэффициента Кд: 2 - (0-10%), 3 - (1030%), 4 - (30-50%), 5 - (50-70%), 6 - более 70%; 7 - разлом; 8 - проекция пегматитового тела на дневную поверхность [3, 4].

В качестве примера, на рис. 1 приведена построенная нами карта термобарогеохимических (декрептометрических) аномалий на месторождении комплексных редкометальных пегматитов (цезий, литий, рубидий, тантал, ниобий, бериллий) Васин-Мыльк на Кольском полуострове [3, 4]. На этой карте видно, что размеры промышленной жилы редкометальных пегматитов достаточно точно отражаются аномалией декрептометрического поискового коэффициента Кд. Но в северной части исследуемой площади, как видно на рисунке 1, нами была откартирована еще одна декрепто-метрическая аномалия. На этом участке редкометальные пегматиты на дневной поверхности отсутствуют. По нашему прогнозу, под этой северной аномалией поисковыми скважинами была открыта еще одна жила редкометальных пегматитов, при этом её размеры достаточно точно совпали с размерами декрептометрической аномалии.

Содержание полезного ископаемого определяется по количественным корреляционным зависимостям между этим параметром и исследуемым критерием [3, 4]. В качестве примера укажем определение на глубине содержаний крупнокристаллических слюд: мусковита и флогопита, что может осуществляться только термобарогеохимическим методом, так как весовые определения содержаний крупнокристаллических слюд по керну скважин дают ошибку до 10 раз. Как видно на рис. 2, на эталонировочном графике фиксируется четкая количественная связь между содержаниями мусковита и концентрацией СО2 в газово-жидких включениях в зернах кварца мусковитоносных жил.

ССО2 - моль / кг Н2О

30-

го-

10

¿о 40 60 Смус. - кг / мЗ

Рисунок 2.

График соотношения между содержаниями слюды-мусковита

Аналогичный график соотношения между содержаниями слюды и концентрацией СО2 в газово-жидких включениях (в зернах диопсида) построен автором для слюды-флогопита [3].

Критерии оценки запасов полезных ископаемых. В качестве примера на рис. 3 приведен разработанный автором график зависимости между запасами промышленного флогопита (Q^ и амплитудами (размерами) рудоконтро-лирующих дисгармоничных складок (Нм) на 11-ти Алданских месторождениях флогопита [3]. Из этого графика видно, что мелкие складки (с амплитудой до 40 м) и крупные складки (с амплитудой более 180 м) контролируют мелкие тела с запасами флогопита до 5000 тонн. Наиболее крупные и богатые тела с запасами флогопита более 20 000 тонн контролируются средними (оптимальными) по размерам складками с амплитудой 80-150 м. С использованием указанного графика, по рекомендациям автора, были открыты 6 флогопитоносных зон с общими запасами 68 000 тонн, в том числе - крупнейшая в мире (на время открытия) зона XIX-XX месторождения Южного с запасами флогопита 40 000 тонн.

Ом 5-1 О*-

2 1 О*

5 1 О3-

2-1 О3-

1

5-1 Оа-

2 -1 О 2 -Юг

О АО " ВО V20 ' 160 200 И М

«1 О 1 & 3 CD4 И5Ы6Ш7 A.S хз -t-w СЗ11

Рисунок 3.

Зависимость между запасами слюды-флогопита (Q, тонн) и размерами рудоконтролирующих складок (Н, метры) на флогопитовых месторождениях Алданского района Якутии. 1 - 11 - основные

месторождения флогопита в Алданском районе [3]

Оценка качества минерального сырья особенно важна для неметаллических полезных ископаемых, а для кристаллосырья часто является наиважнейшей характеристикой. Автором разработаны экспрессные (в том числе -полевые) методы для определения различных качественных характеристик разных неметаллических полезных ископаемых: диопсидового, кварцевого и полевошпатового сырья, графита, флогопита, облицовочного камня.

Например, существует большая проблема при определении качества кварцевого сырья. Так, для производства высокочистых кварцевых стекол требуется сырье с минимальным количеством примесей, что является большой редкостью. Достаточно отметить, что в СССР большая часть высокочистого кварцевого сырья ввозилась из-за рубежа (из Бразилии). Как показали наши исследования, важнейшую информацию о качестве кварцевого сырья дают результаты анализа газов в газово-жидких включениях в кварце. В результате исследования 30-ти месторождений СССР и Бра-

328

зилии установлено (рис.4), что существует четкое соотношение между сортностью кварцевого сырья, его общей газонасыщенностью и концентрацией СО2 в газово-жидких включениях в кварце.

СШ2 моль/кг 1ЬО

100 200 300 400 Р10"л г/кг

Рисунок 4.

Зависимость между качеством (сортностью) кварцевого сырья, газонасыщенностью (Р ' 10-3) и концентрацией СО2 в газово-жидких включениях в кварце [4]

Результаты апробации системы количественного прогноза. В результате проверки 76-ти прогнозов, сделанных с помощью указанной системы высокоточного, в том числе - глубинного, прогноза, было открыто, оценено и разведано 70 промышленных тел 18-ти различных твердых и жидких полезных ископаемых: слюды-флогопита, слюды-мусковита, графита, меди, никеля, лития, рубидия, цезия, тантала, ниобия, бериллия, кварцевого сырья, калиевого полевошпатового сырья, натрово-глиноземистого полевошпатового сырья, амфиболитов, облицовочного камня, высокопрочного щебня, подземных водоисточников. Среди открытых месторождений четыре имеют государственное или мировое значение (самое богатое в мире месторождение самого высококачественного графита с его средним содержанием 27%, крупнейшее в мире (на время открытия) месторождение слюды-флогопита, крупнейшее в мире месторождение калиевого полевошпатового сырья, 3-е в мире месторождение натрово-глиноземистого полевошпатового сырья). Общая стоимость минерального сырья, в недрах, на открытых месторождениях - 30 млрд. долларов США. Добыто сырья на 3 млрд. долларов. Фактическая достоверность прогноза месторождений на открытых месторождениях составила 89-93%. Сделан прогноз крупнейшего в мире месторождения дефицитного цезия (мировой спрос на него в 10 раз превышает его добычу) и других важных редких металлов (лития, рубидия, тантала, ниобия, бериллия).

Как отметил ведущий в России специалист геологической отрасли Козловский Е.А., доктор геолого-минералогических наук, вице-президент РАЕН, лауреат Ленинской и Государственной премий, заслуженный геолог РФ, бывший министр геологии СССР (1975-1989 гг.): «В целом, применение разработанной Ройзенманом Ф.М. системы высокоточного прогноза месторождений позволяет принципиально повысить достоверность прогноза и, тем самым - эффективность геологической отрасли» (Заключение в Международную академию авторов научных открытий и изобретений - МААНОиИ).

Минеральное сырье для инновационных отраслей

Высококачественный графит для производства графена. Первыми графен получили в 2004 году, работая в Великобритании в Манчестерском университете, выходцы из России Андрей Гейм и Константин Новоселов. В 2010 году за свой вклад в изучение «материала будущего» они были удостоены Нобелевской премии.

Графен представляет собой однослойный кристалл углерода (однослойный графит) и имеет уникальные свойства, которые могут быть использованы в новейших технологиях. Так, испанские инженеры разработали на основе графена аккумуляторную батарею нового поколения. Она дешевле аналогов на 77% и позволяет заряжать электромобиль всего за 8 минут, чтобы проехать до 1000 километров.

Главной проблемой в использовании графена является относительная сложность в его производстве. Использование обычных, многослойных кристаллов природного графита для производства графена пока что технически невозможно, из-за обычно несовершенной структуры кристаллов природного графита.

Решить эту важную проблему может освоение открытого автором в Южной Якутии уникального графитового месторождения Чебере. В зоне 1 этого месторождения разведанные запасы графита составляют 1,5 млн. тонн. Среднее содержание графита в этой зоне составляют 27% - это самый высокий показатель содержаний графита в мире. Для сравнения - на крупнейших в Европе украинских месторождениях содержания графита в 4 раза ниже.

Что очень важно, как установлено автором, в зоне 1 месторождения Чебере отмечается высочайшее качество кристаллов графита: в 1,5 раза выше, чем у лучших в мире, по качеству, графитов Цейлона. Такое уникально высокое качество кристаллов графита данного месторождения позволит сравнительно просто и дешево вырабатывать гра-фен из высококачественных кристаллов этого графита, в очень больших количествах.

Ориентировочная стоимость графита (в недрах) в данном месторождении может составить 3 млрд. долларов, при очень высокой рентабельности производства графитовых концентратов. Графит этого месторождения может обеспечить потребности России на 30-40 лет.

Для обогащения графитовых руд этого месторождения можно будет применить разработанную автором сухую (без флотации) систему [4] Это позволит существенно упростить и удешевить обогащение руд, а также - значительно лучше, чем обычно, решить экологические проблемы, так как не нужно будет утилизировать и захоронять экологически вредные флотационные растворы.

Прогноз крупнейшего в мире комплексного месторождения редких металлов: цезия, лития, рубидия, тантала, ниобия и бериллия. На основе специальных научно-исследовательских работ автором составлен прогноз в Мурманской области крупного комплексного месторождения дефицитных в России редких металлов. Согласно прогнозу, это месторождение находится на глубине 20-40 метров. В нем прогнозируются промышленные запасы 6-ти редких металлов.

Цезий. За последние десятилетия в результате интенсивных исследований были установлены многие новые области применения цезия. Области его применения:

1. Металлургия; 2. Электроды для сварки алюминия, магния, церия, нержавеющей стали и др.; 3. Ядерная энергетика и космос - цезиевая плазма - обязательный компонент МГД-генераторов с КПД 65-70% для ионных космических двигателей; 4. Атомно-водородная энергетика; 5. Электроника; 6. Производство пьезоэлектрических материалов (в 7 раз эффективнее кварцевых); 7. Медицина; 8. Оптика; 9. Производство новейших термоэлектрических материалов (для нанопроцессоров и др.); 10. Производство лазеров с очень высоким КПД; 11. Искусственные источники света. Всего установлено более 20-ти областей применения цезия.

Мировой объем добычи и производства цезия в настоящее время - 9 тонн в год, при потребности 90 тонн в год. Таким образом, в мире потребность в цезии в настоящее время в 10 раз превышает его производство. Одной из главных причин такого отставания производства цезия является ограниченность сырьевой базы цезий-содержащих минералов. Основным источником цезия является минерал поллуцит, содержащий около 30% окиси цезия. При этом отмечается крайняя неравномерность размещения месторождений поллуцита. Так, только на одном месторождении Берник-Лейк в Канаде сосредоточено 70% мировых запасов поллуцита. Запасы цезия на месторождении Берник-Лейк составляют 90 000 тонн. Добыча полезных ископаемых на месторождении Берник-Лейк в настоящее время производится шахтой на глубине более 200 м.

В России наиболее крупное месторождение цезия Васин-Мыльк в Вороньетундровском рудном поле на Кольском полуострове имеет запасы цезия 1900 т., то есть, в 45 раз меньше, чем на Берник-Лейке. Обработка крупной технологической пробы руды месторождения Васин-Мыльк показала высокий выход цезия и других редких металлов (лития, рубидия, тантала, ниобия и бериллия) в концентрат. Из-за небольших запасов цезия и его низкого содержания на месторождении Васин-Мыльк, добыча цезия на этом месторождении не производилась, и поллуцитовые концентраты привозились из Канады, с переработкой их в чистый цезий на новосибирском заводе «Редмет».

Для полного обеспечения мировых и российских потребностей в цезии необходимо срочное открытие и освоение новых крупных и богатых месторождений этого металла.

Перспективы открытия и освоения крупнейшего в мире месторождения цезия в Мурманской области. В результате больших комплексных работ в Мурманской области (геологическое картирование, геофизическая и геохимическая съемка и др.), проведенных руководимой автором научно-исследовательской экспедицией, на участке размером 1200 м на 500 м на глубине в 20-40 метров прогнозируется крупнейшее в мире месторождение цезия, с его прогнозными запасами 120 000 тонн (в 1.3 раза больше, чем на месторождении Берник-Лейк). Таким образом, на данном участке прогнозируется 98% запасов цезия в России и 45% его мировых запасов. Кроме того, прогнозируются запасы окиси лития - 200 000 тонн, тантала - 5000 тонн, бериллия - 2400 тонн, рубидия - 2000 тонн. Также на данном участке прогнозируются промышленные запасы ниобия, кварцевого и калиевого полевошпатового сырья, а также - амфиболитов (сырья для каменного литья, минеральной ваты, облицовочных материалов и др.) - всего 9 полезных ископаемых на одном участке [4].

Приблизительная оценка стоимости полезных ископаемых и изделий из них на прогнозируемом участке. При цене 1 т поллуцитового концентрата 1000 долл., общая стоимость поллуцита на участке Прогнозном может составить 600 млн. долл.

При современной цене чистого цезия (99,95%) 48 долл. за 1 грамм, общая стоимость цезия, который может быть получен из поллуцита - 3,6 трлн. долларов.

По аналогии с месторождением Васин-Мыльк, можно на участке № 1 прогнозировать высокий выход цезия и редких металлов в концентрат.

С учетом попутной добычи также лития, рубидия, тантала, ниобия, бериллия, кварцевого и полевошпатового сырья, а также - амфиболитов, общая стоимость полезных ископаемых на прогнозируемом участке может составить порядка 3 млрд. долларов, а общая стоимость изделий (чистых редких металлов и др.) - порядка 6 трлн. долларов.

Следует отметить, что в отличие от канадского месторождения Берник-Лейк, где добыча редких металлов производится трудоемкой и дорогостоящей шахтной технологией (на глубине более 200 метров), добыча полезных иско-

паемых на прогнозируемом автором месторождении может производиться сравнительно простой и дешевой карьерной технологией (с глубины 20-40 метров) [4].

Заключение. На основе приведенных данных можно сделать следующие выводы:

1. Система высокоточного глубинного прогноза месторождений отвечает всем современным требованиям в условиях необходимости повсеместного перехода на открытие и разработку месторождений на глубине недр.

2. Новая система прогноза месторождений позволяет количественно оценить вероятность обнаружения промышленного объекта и довести достоверность прогноза до более 80% (по проверенным прогнозам - до 89-93%), что более чем в 10 раз превышает достоверность современного глубинного прогноза в мировой геологии.

3. Также в этой системе разработаны способы количественной оценки (на поисковой стадии) промышленных параметров: размеров и запасов рудных тел, содержаний и качества минерального сырья.

4. Новая методика позволяет целенаправленно прогнозировать крупные и богатые месторождения (в том числе -на глубине).

5. Результаты апробации системы количественного прогноза свидетельствуют о повышении эффективности геологоразведочных работ более чем в 10 раз. Объемы поискового и разведочного бурения уменьшаются до 10 раз.

6. В целом, применение системы высокоточного глубинного прогноза месторождений позволяет в 10 раз повысить экономическую эффективность горно-геологической отрасли.

7. Представляется перспективным дальнейшее использование и развитие системы высокоточного, в том числе -глубинного, прогноза на месторождениях различных полезных ископаемых с целью существенного повышения эффективности геологоразведочных работ и горнопромышленной отрасли. Это может давать в России экономический эффект в десятки миллиардов рублей ежегодно и создаст минерально -сырьевое обеспечение прогрессивного, инновационного развития России.

Список литературы

1. Зорин Б.И. и др. Декрептометрические исследования Мамских пегматитов и их применение для поисков слепых слюдоносных жил и зон //.: Доклады IV Регион. Совещ. по термобарогеохимии. - Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1973.

2. Овчинников Л.Н. Прогноз рудных месторождений. - М.: Недра, 1992.

3. Ройзенман Ф.М. Критерии количественного прогнозирования метаморфогенных месторождений // Известия вузов. Геология и разведка. 1988. - № 3.

4. Ройзенман Ф.М. Условия образования и количественный локальный прогноз метаморфогенных месторождений. - М.: Щит-М, 2004.

5. Роненсон Б.М. Пути повышения достоверности крупномасштабных геологических карт // Известия вузов. Геология и разведка. 1972. - № 4.