25.04.2013
Геология сегодня

Геология сегодня. Будущее месторождений – новая методика и средства геологоразведки

Полезные ископаемые Земли не безграничны. Еще в далеком прошлом люди стали добывать их, научились делать из них предметы быта и оружие. Чем больше у людей было того и другого, тем богаче и сильнее они были. В конце концов полезные ископаемые объединили людей в отдельные независимые государства. Начиная с XIX века ученые с помощью придуманной ими техники стали заглядывать в подземные глубины, изобрели буровые установки и занялись разработками горных месторождений. Но вот совсем недавно мыслители задумались: а что будет дальше, когда полезные ископаемые иссякнут, ведь они не безграничны, на всех не хватит. В каком тогда направлении пойдет, скажем, налаженное веками производство изделий труда, неужели человечество снова будет вынуждено вернуться к деревянной сохе и каменному заступу, к работорговле? А, может быть, люди успеют выйти в космос и начнут добывать ископаемые на других планетах Солнечной системы? Чтобы эмоции не увели на край света, корреспондент «ЛИТЕР-Недели» обратился с реальными вопросами к доктору технических наук, академику Казахской национальной академии естественных наук, президенту компании «Жайлау», инженеру Токтамысу Мендебаеву.

ЛИТЕР-Неделя: Токтамыс Нусипкулович, существует четко выраженный раздел науки о Земле, а в частности учение о полезных ископаемых. Чем же он привлекает внимание мировой общественности, насколько он важен для нашей страны?

Т.М.: Геология – базовый сектор экономики Казахстана. И, пожалуй, таковым останется в обозримом будущем. Именно этот сектор предопределяет состоятельность многих отраслей промышленности, определяет объекты для привлечения инвестиций, создает рабочие места и решает социальные вопросы. Нынче на всей планете ударными темпами идет интеграция мировой экономики, она сопровождается жесткой конкуренцией и борьбой за источники сырья и рынки сбыта продукции. Естественно, что для достижения целей в бизнесе все средства хороши. Однако в методологическом обеспечении и технической оснащенности геология страны не может оставаться на прежних позициях поиска и разведки месторождений полезных ископаемых. Нашей стране необходимо определиться в четком обозначении задач отрасли сообразно с реалиями рыночной экономики, достижениями науки и техники, тенденциями их развития. Причем надо настойчиво добиваться исполнения постановки и решения основополагающих, масштабных задач геологии, которые требуют особого внимания и подхода соответствующих государственных структур к отрасли, глубокого, профессионального, разборчивого проникновения в ее суть, высокой ответственности при выборе векторных направлений в отраслевом развитии на долгосрочную перспективу.

ЛИТЕР-Неделя: Казахстан славится своими богатыми месторождениями, теми, которые разработаны и которые предстоит разрабатывать, где содержание ископаемых такое, что рудокопам и не снились…

Т.М.: Геологи давно считают, что крупные месторождения находятся глубоко в недрах, что их состав и объемы невозможно определить на ощупь и без оптики. Как правило, открытие месторождений – дело дорогое и рискованное, так как велика вероятность того, что громадные денежные средства и технические усовершенствования без всякой отдачи могут быть утрачены или, образно говоря, «закопаны» в землю. В базе данных о месторождениях, в материалах геологической разведки мало исходной документации, заслуживающей доверия инвесторов и указывающей на возможное наличие или отсутствие глубинных рудных залежей, особенно твердых, на нижележащих горизонтах, еще нетронутых разведочными работами.

Вы обязательно спросите, что же надо делать, чтобы отрасль геологии развивалась в направлении, совпадающем с интересами страны, с долгосрочными стратегическими программами освоения природных ресурсов? Рискну предложить следующую поэтапную схему. Прежде всего, исходя из государственных нужд в широком диапазоне, нам необходим фундаментальный научный анализ, в основе которого следует установить стратегический прогноз на перспективу по видам полезных ископаемых, за исключением пресных вод, к которым интересы несколько иные не только в современной, но и в будущей мировой экономике. Многие ученые изучают динамику развития человеческого общества и прогнозируют, что через 10-12 лет полностью изменится весь технологический уклад мира. Созданные новые технологии станут сутью современной экономики. В быт человека и в производство войдут композиционные материалы, такие как графен, отмеченный Нобелевской премией 2010 года. Напомню, он мало весит, в разы прочнее стали, обладает фантастической сверхпроводимостью и износостойкостью.

Вероятно, начиная с 2020 года, многие изделия, полученные путем высоких технологий: космические ракеты, самолеты, автомашины, различные станки и установки, будут изготовлены из композиционных материалов с заданными физическими и химическими свойствами. По сообщению печатной зарубежной информации, деловой мир Запада уже оперативно реагирует на подобные вещи, как то: в крупных промышленных компаниях ведутся подготовительные работы по научно-технологической перестройке производства продукции из новых материалов. Из этой работы последует закономерность в использовании новой технологии, выраженная экономикой: сегодня упустил время внедрения технического новшества – завтра безнадежно отстал от мировых лидеров.

ЛИТЕР-Неделя: А почему бы не увеличить добычу полезных ископаемых, сделать их более дешевыми и привлекательными на рынке сбыта и таким образом замедлить процесс появления на мировых «прилавках» дорогостоящих композиционных материалов?

Т.М.: Естественно, для увеличения объемов добычи и балансирования ее стоимости в Казахстане найдется железо, алюминий, полиметаллы и так далее. Но занимающие огромные площади рудники, металлургические комплексы, по-требляющие для переработки сырья дефицитную в будущем пресную воду, скорее всего, постепенно, уйдут в небытие. И не нужно быть провидцем, чтобы увидеть, как в странах, существующих за счет экспорта сырья природных ресурсов, будут происходить процессы перехода экономики на композиционные материалы, они будут очень болезненными. В итоге последовательное оснащение производств научными технологиями станет неизбежным, как это было всегда, что в свою очередь приведет к сокращению рабочих мест в катастрофическом исчислении, а также к обострению социальных конфликтов. Эти естественные процессы промышленной эволюции могут привести к существенному изменению мирового расклада производства и потребления минерального сырья, причем многие из ныне перерабатываемых промышленностью видов полезных ископаемых окажутся невостребованными.

ЛИТЕР-Неделя: Видимо, настало время определиться, где и какими способами добывать востребованные ископаемые в родном отечестве, делать анализы месторождений?

Т.М.: Я думаю, что после определения перечня полезных ископаемых, залегающих в недрах Казахстана, на которые возможен спрос в будущем, следующим схематичным шагом нашей геологии явятся сопоставительные анализы их параметров с зарубежными аналогами. Основными критериями оценки станут: глубина и условия залегания, генезис происхождения, запасы и содержание полезных компонентов в руде, свойства, степень извлечения и стоимости добычи, переработка, наличие производственных мощностей, внутренний спрос и потенциальные внешние потребители. Но самое главное – эти показатели заслуживают внимания только тогда, когда безоговорочно будет доказана достоверность данных геологоразведки.

Еще в СССР подтвержденные запасы полезных ископаемых при последующем вскрытии месторождений горными выработками, редко когда превышали 30 процентов от запасов, принятых на баланс Государственной комиссией. Хотя в те времена на подобные нестыковки между данными разведки и разработкой месторождений не очень-то обращали внимание, но отдельные факты на примере крупных месторождений стали предметом громких разбирательств на уровне руководства страны.

ЛИТЕР-Неделя: В советском государстве за упущения в экономике на предприятии редко кого судили, тогда в обществе в ходу была строчка из басни дедушки Крылова: «а Васька слушает да ест».

Т.М.: Теперь времена другие. Рыночные. Если запасы месторождений при добыче руд не подтвердятся, то инвестор, вложивший средства в их разработку, вправе потребовать компенсацию финансовых затрат. Причины несоответствия запасов полезных ископаемых по смете обычно скрыты в методике субъективного подсчета. Есть и другая устаревшая методика, когда исходными геологическими материалами для определения контуров залежей рудных тел, элементов залегания и содержания полезных компонентов служат керновые пробы, без ориентировки относительно сторон света, отбираемые на толщину линейного пересечения рудных тел скважинами и диаграммы геофизических исследований.

В этих случаях разработка месторождений в горной среде строилась и строится на догадках, предположениях, где многое зависит от опыта и квалификации конкретного человека-геолога. При этом пересекаемая скважинами толщина (мощность) рудного тела (поля) могла быть и несколько метров, и десятки сантиметров. А вот, как меняются мощность рудного тела и содержание полезных компонентов между скважинами, отстоящими друг от друга на расстоянии десятков или сотни метров? Эти расчеты на поверку часто оставались лишь плодом фантазии геологов. Зато в геологических справочниках встречаются записи о месторождениях по версии Егембаева, Иванова, Сидорова и т.д.

В геологии рыночной, если хотите, давно назрела необходимость отхода от старой методики разведки с переходом к новым способам и средствам изучения недр земли, которые обеспечат получение объективных знаний, не допускающих субъективного суждения, толкования, а позволят предельно достоверно оценивать месторождения, получать точные сведения о содержании в них полезных компонентов. Что положительно и точно отразится на качестве подсчета запасов. Идейная основа новых способов разведки – визуальное изучение геологических структур в условиях их естественного залегания в первозданном виде, и объемный, непрерывный отбор керновых проб в длину, ширину и глубину рудных тел.

Решению части задачи в наибольшей степени соответствуют скважинная телеметрия и телезондирование посредством просвечивания горной среды мощным потоком лучей, создание возможностей визуального наблюдения панорамно-цветного изображения на мониторе за литологией и тектоникой геологического разреза, структурой и текстурой горных пород, элементами их залегания с определением вещественного состава. Вся геологическая информация, полученная с телезонда через каналы связи, передается на дневную поверхность и вносится в компьютерную базу для обработки. На практике построенные на базе материалов скважинной телеметрии геологические разрезы представляются куда более объемными и информативными, чем традиционные плоскостные разрезы, составленные по сведениям, извлекаемым из кернов без ориентации.

ЛИТЕР-Неделя: Понятно, что эта глазастая геотехника более приспособлена к поиску богатых рудных массивов под землей, чем люди, со своими догадками, на ее поверхности. Расскажите подробнее о работе телезонда.

Т.М.: К примеру, была вновь проведена разведка на геологическом разрезе Риддерского рудного поля (Восточный Казахстан) с данными четырех скважин по старой методике, и по видеосъемкам телеметрии, которые наглядно показали, насколько последние отличаются в качестве информативности получения объективных сведений. В дальнейшем работа с применением скважинной видеосъемки проводилась по схеме, на выбранных конкурентоспособных, перспективных месторождениях, с использованием ранее пробуренных скважин, наглядно, почти безошибочно показывая на экране монитора объемное изображение рудных залежей с элементами залегания на глубине относительно сторон света. Естественно, поскольку при телеметрии использовались старые скважины ранее проведенных разведочных работ, сравнительная стоимость разведки была значительно ниже, чем при бурении новых скважин.

В дальнейшем для точного определения истинной мощности рудных тел и содержания в них полезных компонентов керновые пробы и шлам предлагается отбирать по простиранию рудных тел от начала до конца, то есть на расстоянии сотен, а то и тысяч метров. Причем, если мощность и ширина рудного тела по падению позволяет, то многорядные по ширине и многоярусные по толще руд, скважины проводятся на всей его протяженности с возможностью непрерывного наблюдения и управления их трассами. Месторождения многих видов полезных ископаемых, вновь разведанные такими способами, не вызывают сомнений у инвесторов, резко повышая инвестиционную привлекательность для разработки.

При этом, имея наглядное представление об элементах залегания рудных тел на глубину в объемном изображении, ориентированной относительно сторон света, можно принимать обоснованное решение относительно целесообразности продолжения разведочных работ в нижележащих горизонтах. Из этого следует реализация на практике предлагаемого способа опробования месторождений полезных ископаемых, бурения глубоких разведочных скважин ниже отметки 1500-2000 метров, возможность внедрения в производство малогабаритных по длине, малорасходных по потреблению рабочей жидкости, забойных гидробуров с высокими выходными силовыми характеристиками.

ЛИТЕР-Неделя: Что вы можете сказать о бурении горной породы современными буровыми установками, насколько такое бурение экономично и надежно в применении?

Т.М.: Обычно бурение скважин осуществляется громоздкими по массе и габаритным размерам, энергоемкими буровыми установками (станками), передающими вращения на буровое долото (коронки) через колонну бурильных труб. Система передачи многоступенчатая, затратная из-за удаленности источника энергии от места производства углубления скважин. Доказано, что в зависимости от глубины скважин потери мощности на холостое вращение колонны бурильных труб могут достигать 65-85 процентов от всей мощности, расходуемой на бурение. И при такой системе передачи вращения, какую бы ни создавали конструкцию новейших буровых станков, потери энергии на бурении не снизятся ни на один киловатт.

К тому же, жесткие по конструкции колонны стальных бурильных труб совершенно не приспособлены для бурения искривленных скважин по сложной траектории простирания рудных тел. Изгибаясь под нагрузкой и углом искривления, при вращении они разрушают стенки последних, создают аварийную ситуацию. Конечно же, можно вместо буровых станков предложить забойные гидробуры и создать крутящийся момент для вращения бурового долота (коронки) на контакте с разрушаемой горной породой, и обеспечить углубление скважин без вращения колонны бурильных труб. В силу этого характерные для бурения скважин обычными средствами, указанные технологически трудности ее углубления исчезнут сами по себе. По своим техническим характеристикам и технологическим возможностям, забойные гидробуры позволяют оптимизировать процесс проводки скважин по сложным трассам, минимизировать трудовые и материальные затраты при бурении глубоких, недоступных для бурения станками скважин.
В перспективе забойные гидробуры в различных конструктивных вариациях и типоразмерах могут стать эффективным средством не только разведки, но и разработки месторождений полезных ископаемых способом скважинной гидродобычи, когда из недр земли избирательно извлекаются только полезные ископаемые, не затрагивая околорудный массив.

Применительно к разведке и изучению месторождений подземных вод скважинная видеосъемка с высокой точностью четко указывает интервалы водоносных горизонтов, состояние водовмещающих пород, направления движения воды, степень ее загрязненности или чистоты. Эти данные могут быть положены в основу проектирования рациональной конструкции скважин подземных вод, адаптированной к условиям гидрогеологической ситуации рудоносного района.

По актуальности, научной значимости и важности решаемых задач в области геологии предлагаемые способы и средства повторной разведки месторождений полезных ископаемых являются новым методическим решением в области недропользования. Оно направлено прежде всего на установление истинного потенциала наших природных ресурсов, на которых, возможно, будет выстраиваться новая модель развития экономики страны в будущем. В результате мы получим состоятельную и продуктивную геологию в перспективе.

Таким образом, конкурентоспособными наши месторождения станут тогда, когда за счет научно-технологического превосходства в части их разведки и оценки мы начнем делать то, чего не делает никто другой в мире. И нам в области недропользования нужно идти на опережение конкурентов.

Литер