Специалисты Геологического института и Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра РАН совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова, Сколковского института науки и технологий, а также Инженерной школы Мурманского арктического университета провели уникальное исследование. Впервые с помощью рентгеновского 3D-микротомографа они изучили образец породы меймечит из комплекса Контозеро на Кольском полуострове, а затем применили математические топологические методы для воссоздания распределения минералов в нем.
Точность модели месторождения играет ключевую роль в добыче и переработке руды. Чем детальнее известны химический состав, структура и взаимное расположение минералов в породе, тем больше полезных веществ можно извлечь. Однако большинство современных методов анализа предоставляют лишь усредненные данные, не учитывая пространственное распределение минералов. Это приводит к потере важной информации, необходимой для построения корректной модели месторождения.
Авторы исследования усовершенствовали и впервые применили к реальному геологическому образцу метод алгебраической топологии и интегральной геометрии. В основе метода лежит анализ функционалов Минковского, включая объем объекта, площадь его поверхности, характеристику Эйлера-Пуанкаре, которая отражает степень изогнутости поверхности, и числа Бетти, определяющего количество сквозных каналов и замкнутых полостей. По словам ученых, комбинация этих параметров позволяет получить мощный инструмент для изучения распределения любых структур в пространстве.
Важное преимущество метода заключается в том, что он не требует разрушения образца, а его применение не ограничено масштабом. Это открывает новые возможности не только в геологии и горном деле, но и в материаловедении, биологии и даже археологии.
Для исследования был выбран меймечит — порода, чье происхождение и минеральный состав хорошо изучены. В ней крупные зерна состоят из оливинов, пронизанных каналами, заполненными серпентином, а также мелкими зернами магнетита и других минералов. Анализ подтвердил известные данные о формировании породы: оливины образовались первыми, затем частично преобразовались в серпентины, после чего были покрыты карбонатной лавой с включениями магнетита. 3D-исследование позволило уточнить, что серпентин не разделяет отдельные кристаллы оливина, а заполняет сквозные каналы внутри них.
Практическое применение метода может значительно повысить эффективность добычи полезных ископаемых. Например, если на месторождении обнаружено достаточное количество нужного химического элемента, но его зерна заключены в твердую и труднорастворимую оболочку, традиционные методы анализа не смогут точно определить структуру этих оболочек. Новый подход позволит выявить их пространственное распределение, что поможет подобрать оптимальные технологии для извлечения ценных компонентов.
Ранее стало известно, что в Красноярске начнут разрабатывать новые технологии извлечения золота.
