Ученые Томского политехнического университета под руководством профессора отделения геологии Сергея Арбузова изучают минералого-геохимические особенности комплексного оруденения в пласте XI на юге и севере Кузбасса, где обнаружен пепел вулканов Монголии. Команда выявляет новые редкометалльно-угольные месторождения, чтобы увеличить сырьевую базу стратегически важных металлов и восстановить историю Земли на момент их формирования. Последние результаты исследования опубликованы в журнале Ore Geology Review.
Фото: Фрагмент геологической карты юга Кузбасса и положение на ней участков опробования пласта XI
Как рассказывает Сергей Арбузов, уголь и его прекурсор торф являются контрастным геохимическим барьером, который обуславливает накопление различных химических элементов. Благодаря этому в угольных пластах формируются геохимические аномалии, проявления и месторождения многих металлов. Уже более 100 лет с переменным успехом решается вопрос извлечения из угля и отходов его использования попутных элементов-примесей. В настоящее время известна большая группа разнообразных типов месторождений редких, благородных и цветных металлов в углях и углистых породах. В промышленных масштабах из угля добывается только германий, а с недавнего времени — литий и галлий.
«Общие тенденции возрастания спроса на редкие металлы, появление новых технологий переработки сырья позволяют с оптимизмом смотреть на перспективы освоения традиционных и новых типов редкометалльно-угольных месторождений. Попытки выявления новых месторождений не прекращаются. Помимо группы германий-угольных месторождений в Китае в последние годы выявлено несколько месторождений комплексных руд. Аналогичные по составу редкометалльно-угольные месторождения с прошлого века известны в России — Кузбассе и в Минусинском бассейне,
— говорит ученый. —
Особый интерес представляет оруденение в пласте XI в Кузнецком бассейне в связи с его высокой контрастностью и значительными масштабами. Природа такого типа комплексного оруденения трактуется по-разному: от сингенетичного гидрогенного до вулканогенного и вулканогенно-гидротермального. Понимание механизмов образования таких руд, создание моделей формирования месторождений подобного типа позволят эффективно прогнозировать и выявлять аналогичное оруденение на ранее не исследованных территориях».
Опробование проводилось в горных разрезах и подземных выработках в период с 1989 по 2018 год. Всего опробовано 12 сечений, два из них — на шахте им. Л.Д. Шевякова, семь — на шахте им. В.И. Ленина, на остальных предприятиях — по одному. Наиболее детальный разрез выполнен на разрезе Распадский.
Фото: Сергей Арбузов во время опробования угольного пласта XI.«Раньше угли представляли собой древний торф, который постепенно под действием вышележащих толщ превращался в то, что сейчас мы видим в Кузбассе. Мы рассматриваем всю цепочку: от современного торфа, через бурый уголь, до каменного угля. Мы отобрали пепел, чтобы узнать, как он ведет себя в бассейне спустя сотни миллионов лет», — говорит политехник.
По его словам, угли пласта XI представляют собой полиметалльные руды Nb-Ta-Zr-Hf-Y-REE-Ga состава. Ресурсы этих металлов позволяют рассматривать пласт как среднее по запасам месторождение.
Проведенные исследования позволяют разработать комплекс поисковых критериев для выявления оруденения подобного типа. Характерная особенность таких руд – наличие горизонта вулканогенных пирокластических пород щелочного состава, отличающегося повышенной радиоактивностью. Наличие такого горизонта отмечено в близких по составу рудах Китая и в углях Минусинского бассейна. Эта особенность позволяет уже на стадии предварительного изучения угленосных площадей фиксировать такие горизонты.
Фото: Распределение Nb, Ta, Zr, Hf в разрезе пласта XI«Связь комплексного оруденения с вулканогенной пирокластикой щелочного состава существенно расширяет перспективы выявления подобного оруденения в углях Восточной и Центральной Азии. Высокая вулканическая активность этого периода наряду с проявлением щелочного магматизма способствовала формированию металлоносных пепловых горизонтов. В случае их захоронения в палеторфяниках формировались комплексные редкометалльно-угольные месторождения. Разрозненные участки расположения таких руд, установленные на обширной территории в Китае и в России, дают основание предполагать, что при систематическом исследовании осадочных бассейнов этого возраста может быть выявлен целый ряд подобных месторождений. Таким образом, наше исследование позволяет выявить новые редкометалльно-угольные месторождения, чтобы увеличить сырьевую базу стратегически важных металлов. А установка положения этих месторождений может помочь восстановить историю Земли на момент их формирования», — отмечает Сергей Арбузов.
В этом году исследования команды ТПУ продолжились благодаря гранту Российского научного фонда, теперь ученые изучают пеплы еще и на севере Кузбасского бассейна.
«Мы пытаемся поймать XI пласт теперь уже на севере Кузбасса. По моему предположению, когда-то произошло мощное катастрофичное извержение вулкана, и пепел осел на территории Кузбасского и Минусинского бассейнов — там, где это можно увидеть. Сибирскую территорию покрыло, и от 5 до 20 см все было закрыто пеплом. Пока мы доказали, что этот пепел есть на юге, теперь пытаемся доказать, что он есть и на севере. Пришел он из Монголии, где мы изучали угольные пласты поздне-карбонового возраста. Там было много вулканов, которые часто извергались, и пепел от которых летел и достигал дальних расстояний, затем попадал в торф,
— объясняет ученый. —
Известно, что то, что попало в торф — там и остается, тоже самое и с углем. Происходят преобразования, перераспределяются элементы, выносятся агрессивными торфяными водами — эти воды настолько агрессивные, что могут разложить даже такой минерал как циркон — один из самых крепких минералов с точки зрения химии. Но если условия для выноса неблагоприятные — элементы могут сформировать минеральную форму. Все это мы и исследуем. Наша работа доказывает, что источник редких элементов в изученных углях — вулканический пепел. А также позволяет установить поведение отдельных химических элементов в условиях палеоболотной среды».
Добавим, что в команде Сергея Арбузова: ученые отделения геологии ТПУ Булат Соктоев, Сергей Ильенок, Антонина Межибор, Алексей Вергунов, Андрей Иванов, заведующий отделом угольной геологии Всероссийского геологического института Владимир Вялов, научный сотрудник Дальневосточного геологического института (ДВГИ) ДВО РАН Игорь Чекрыжов и другие.