Важнейшие исследования и разработки

1. База данных «Потенциально золото-платиноносные углеродистые породы юга Дальнего Востока России». Автор Н.В.Бердников. (Лаборатория физико-химических методов исследования).

В базе данных собраны сведения о физических свойствах и химическом составе (в том числе о концентрациях золота и платиноидов) углеродистых терригенно-осадочных пород на юге Дальнего Востока России. Большой объем занимают уникальные материалы по электронно-микроскопическому исследованию носителей благороднометальной минерализации – микровключений золота и платиноидов.

Приведенные в базе данных сведения необходимы для решения теоретических и прикладных вопросов геологии об условиях образования благороднометальной минерализации в углеродистых терригенно-осадочных породах, при ее поисках в процессе геологического картирования, оценке рудоносного потенциала и разработке технологий обогащения и переработки упорных углеродистых руд.

Разработка готова к практическому применению.

Углеродистые терригенно-осадочные породы являются наиболее вероятным нетрадиционным природным источником золота и металлов платиновой группы в будущем.

Аналогичные разработки неизвестны.

Получено свидетельство о государственной регистрации № 2012620358 от 17 апреля 2012 г.

2. Изобретение «Способ определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами». Авторы О.В. Рыбас, Н.В.Бердников. (Лаборатория физико-химических методов исследования; группа геоинформационных технологий).

Способ определения участков загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами включает отбор проб, их анализ на содержание тяжелых металлов и последующее построение карт экологического состояния окружающей среды, выбор мест взятия проб воды на основе анализа карты-схемы в растровом формате с географической привязкой UTM53, использующейся в качестве подложки, создание на ней с помощью ArcGIS 9.0 точечного слоя с местами взятия проб, подключение к точечному слою в качестве атрибутивной информации данных анализов проб воды на содержание тяжелых металлов и токсичных элементов с исключением влияния их концентраций друг на друга посредством масштабирования среднего и дисперсии, создание полей распределения концентраций анализируемых элементов по изученной территории с дополнительным полем значений среднеквадратичной суммы по каждому из элементов.

Изобретение может быть использовано для выявления источников загрязнения, разработки рекомендаций для снижения опасных концентраций тяжелых металлов и токсичных элементов в окружающей среде.

Готова к практическому применению.

Способ позволяет выявить источники загрязнения, наглядно представить распределение загрязняющих веществ в различных водных источниках на изучаемой территории для сравнения полученных данных со значениями предельно допустимых концентраций, обеспечивает разработку рекомендаций для снижения опасных концентраций и последующую эффективную организацию мониторинга загрязненности территории.

Известные ранее способы трудоемки, не обеспечивают оценку большого объема анализируемых элементов в совокупности, визуализацию результатов исследований, не позволяют получить данные по труднодоступным объектам и произвести оценку загрязнения их территорий.

Получено Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2011130272/28 от 11 июля 2012г.

3. Изобретение «Способ выделения русловых потоков с помощью анализа цифровых спектрозональных космических снимков». Авторы Глухов В.А., Рыбас О.В., Бердников Н.В. (Лаборатория физико-химических методов исследования; группа геоинформационных технологий ИТиГ ДВО РАН).

Способ выделения русловых потоков с помощью анализа цифровых спектрозональных космических снимков включает составление сводной «мозаики» космоснимков на всю исследуемую территорию, перевод полученного сводного файла в ГИС MapInfo, преобразование трех наиболее информативных каналов зон спектра снимков в цветовой стандарт RGB, перевод полученного цветного композитного изображения из формата HDF в стандартный растровый формат TIF, а картографической проекции космоснимков - в метрическую проекцию Гаусса-Крюгера, экспорт данных в ГИС MapInfo и визуальный анализ полученных данных в ГИС MapInfo совместно с современной картой гидрографических объектов зоны исследований.

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для прогноза распределения возможных техногенных загрязнителей и выбора участков строительства водозаборов водоснабжения в руслах крупных рек.

Готова к практическому применению.

Способ обеспечивает снижение трудоемкости и финансовых затрат, а также возможность прогнозирования распределения возможных техногенных загрязнителей в русле реки.

Известные ранее способы трудоемки и сложны из-за необходимости производства большого количества наземных измерений, не позволяют наглядно показать распределение водных потоков в русле реки, не обеспечивают качественную идентификацию и визуализацию водных потоков.

Получено Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2011130400/28 от 11 июля 2012 г.

4. Изобретение «Способ выявления и оценки загрязнения рек тяжелыми металлами и токсичными элементами». Авторы Рыбас О.В., Бердников Н.В. (Группа геоинформационных технологий; лаборатория физико-химических методов исследования).

В способе выявления и оценки загрязнения тяжелыми металлами и токсичными элементами водной системы, включающем отбор проб, оценку миграционной способности химических элементов, определение протяженности зон техногенного загрязнения с разделением рек на участки с разным уровнем загрязнения, в качестве исходных данных для выявления областей водосборов притоков используются результаты космической радиолокационной съемки SRTM2, создаются относительная и абсолютная вариации концентраций элементов-загрязнителей выбранного водного узла, на базе dem-файла строится растровый файл направлений потоков, затем файл аккумуляции водных потоков, который используется для уточнения положения точек опробования, определяются нижние точки локальной дренажной сети и набор точек «водораздела», определяющие границу дренажной сети, вычисляются направления потоков и их аккумуляция.

Изобретение относится к геоэкологии и может быть использовано для выявления и оценки загрязнения, разработки рекомендаций для снижения опасных концентраций тяжелых металлов и токсичных элементов в труднодоступных местах окружающей среды.

Готова к практическому применению.

Способ повышает функциональные возможности анализа и оценки результатов. Визуализация данных о содержании и распределении тяжелых металлов и токсичных элементов в поверхностных водотоках необходима для наглядного представления поведения этих элементов в водотоках, определения мест их повышенных концентраций и выноса (источников загрязнения). Способ преобразования данных химических анализов воды позволяет представить полученные сведения в графическом виде. Способ применим для типичных водных систем, состоящих из основного русла и притоков. Для характеристики притоков достаточно одного химического анализа воды из его устья. Для характеристики основного русла на анализ берутся пробы воды по нескольким створам. Соответственно, используются два разных способа визуализации результатов анализа. Пробами из притоков аппроксимируется химический состав воды всего притока. В этом случае для визуализации результатов используется алгоритм построения гидросети и зон водосбора, которым придаются атрибуты соответствующих проб. В основном русле пробы характеризуют изменчивость химического состава его потоков. В этом случае используется интерполяция между створами.

Известные ранее способы не позволяют получить данные по труднодоступным объектам и произвести визуализацию загрязнения территории, имеют узкую направленность и функциональные возможности, ограниченный охват территории и не учитывают системного накопления тяжелых металлов и токсичных элементов.

Получено Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2011130401/28 от 11 июля 2012 г.

В 2012 году институтом выполнялись исследования по двум программам фундаментальных исследований Президиума РАН (четыре проекта) и по трем программам - ОНЗ РАН.

1). Выделены перспективные площади на территории востока Алдано-Станового щита по результатам интерпретации геолого-геофизических данных и связям металлогении с магматизмом и глубинным строением. Часть из них переведена в разряд рудных районов: Улканский (месторождения золота, урана, редких металлов и редких земель), Идюмо-Хайканский (уран, редкие металлы и редкие земли).

2). В Учуро-Майской мезо-неопротерозойской впадине на юго-востоке Сибирской платформы выявлены главные закономерности в локализации руд. Литологические факторы заключаются в локализации месторождений в зонах структурно-стратиграфических несогласий между сложно дислоцированным кристаллическим фундаментом и субгоризонтально залегающим мезопротерозойским платформенным чехлом; стратиграфических контактах терригенных толщ мезопротерозоя с выше залегающими пачками пористых и трещиноватых пород. Установлен отчетливый контроль месторождений разрывными нарушениями.

3). По результатам интерпретации геофизических материалов в юго-восточной части Сибирской платформы выявлены расслоенные металлоносные базит-гипербазитовые абиссолиты, разделенные на два типа (бушвельдский и садбери). Если для первого типа абиссолитов прогнозируются залежи хромитов, то во втором типе ожидается выявление сульфидных медно-никелевых руд с сопутствующими металлами платиновой группы.

Показано, что углеродистые сланцы кимканской и сутырской толщ восточной части Буреинского массива относятся к образованиям терригенно-углеродистой и кремнисто-углеродистой формаций. В качестве основной питающей провинции для их образования предполагается активная континентальная окраина, а условия накопления соответствуют глубоководным обстановкам вблизи источника вулкано-терригенной кластики. Консидементационным смешением в зоне субдукции можно объяснить ассоциацию разнородных осадочных пород, таких как кремнисто-глинистые сланцы, яшмы, известняки и доломиты пелагического и гемипелагического характера с одной стороны, и типично терригенные алевролиты и песчаники, с другой.

Обилие органического углерода в породах обеих толщ, особенно содержащих биогенные кремнезем и карбонаты, наилучшим образом может быть объяснено интенсивной жизнедеятельностью микроорганизмов (в основном фитопланктона) в зонах подъема богатых питательными веществами глубинных вод вблизи континентальных или островодужных склонов на окраинах океанов. Благоприятные условия для развития микроорганизмов и придонных водорослей могли существовать и на хорошо вентилируемых и прогреваемых шельфах окраинных морей, откуда их остатки вместе с терригенным материалом должны были смываться в соседние глубоководные котловины.

Установлено, что углеродистые терригенно-осадочные толщи и формирующиеся в них благороднометальные руды имеют совершенно определенные петрохимические характеристики, различные для комплексов с преимущественно платиноидной и золоторудной минерализацией. Эти характеристики в равной степени проявлены на различных континентах, не зависят от возраста пород, а также от специфики рудолокализующих структур. Согласно этим характеристикам изученные сланцы и железистые руды кимканской толщи отчетливо идентифицируются с рудными объектами повышенной платиноносности, а породы сутырской толщи тяготеют к золоторудным месторождениям в черных сланцах.

Специфика процессов, в результате которых в углеродистых терригенно-осадочных породах формируется преимущественно платиноидная или золотая минерализации, и отражается в выявленных нами петрохимических характеристиках. С этой точки зрения перспективными для поисков объектов с повышенными концентрациями платиноидов в терригенных углеродистых толщах являются породы с повышенной железистостью, пониженным значением суммы щелочных металлов при высоком отношении калия к натрию. Для золоторудных объектов характерны черносланцевые толщи с высокой общей щелочностью и относительно низким К/Na отношением.
3. Проект «Моделирование углеводородных систем осадочных бассейнов Дальнего Востока» (грант ДВО РАН № 12-I-П27-06).

Исследован уникальный во многих отношениях Буреинский каменноугольный бассейн на новой геолого-геофизической основе.

1. Его положение на краю мезозойского палеоконтинента позволило зафиксировать летопись эвстатических колебаний Мирового океана и впервые построить секвенсстратиграфическую модель этого бассейна с использованием всего доступного арсенала факторов, влияющих на цикличность. Выделено 5 нефтематеринских пачек алевропелитовых пород, связанных с трангрессивными частями циклов пятого порядка.

2. Выделены основные этапы развития бассейна.

3. В позднеюрско-меловом разрезе, связанном с рифтогенным этапом, впервые проанализировано распространение угленосных свит по площади и разрезам глубоких скважин. Установлено увеличение степени катагенеза и марочного состава углей с запада на восток и вниз по разрезу от марок 3Б, ДГ, 1Г, 2Г до 2 ГЖО, на контакте с интрузией – до ОС-Т. Дана оценка углей как источников нефти и газа, в том числе нетрадиционного угольного метана.

4. Для комплексной интерпретации материалов Буреинского бассейна был создан ГИС-проект (в среде Arc GIS), для Кындалского грабена построена структурная схема мощности свит, наиболее перспективных для размещения ловушек. Построены графики изменения физических параметров по разрезам глубоких скважин.

5. Проведено датирование по циркону, позволившее установить возраст активизации областей сноса.

6. Синтезированы материалы по геотермической изученности бассейна, глубинному строению, построена карта разломов.

7. На основе созданной базы данных проведено моделирование углеводородных систем наиболее перспективного Кындалского грабена:

- выполнено одномерное моделирование для четырех глубоких скважин, построены кривые погружения, скорости тектонического погружения и осадконакопления, температур и отражательной способности витринита;

- проведено двумерное моделирование по продольному и поперечному разрезам, построены графики распределение температур, отражательной способности витринита и зрелости органического вещества по двухмерному разрезу.

Начало формирования осадочного чехла в Кындалском грабене происходило при значении теплового потока на поверхности 115 мВт/м². В целом термальная история характеризуется постепенным остыванием литосферы, однако фиксируется эпизод растяжения рифтовой природы в интервале 130 – 125 млн. лет. Коэффициент растяжения составляет 1,01 при фоновом значении теплового потока 110 мВт/м². После окончания рифтогенеза термальный поток равномерно уменьшается и в настоящее время достигает значения в 100-105 мВт/м².

На настоящий момент в пределы газового окна входит часть чагдамынской свиты с показателями отражательной способности витринита более 1,2%. Свита является нефтегазогенерирующей. Также в пределах газового окна остаются ургальская и талынджанская свиты. Нефтепроизводящими с показателями отражательной способности витринита 0,5% - 1,2% являются чемчукинская и, в меньшей степени, кындалская свиты.

В итоге получен материал для более целенаправленной оценки перспектив обнаружения залежей нефти и газа в наиболее перспективной структуре Буреинского бассейна – Кындалском грабене.

Мультидисциплинарное исследование осадочных бассейнов на новой методологической основе с применением современных программ моделирования имеет как научное, так и практическое значение. Помимо традиционно прогнозируемых энергетических ресурсов угля, нефти, газа в Буреинском бассейне возможна добыча нетрадиционного углеводородного сырья – угольного метана, что обеспечит и экономическую безопасность добычи угля. Промышленные ресурсы угольного метана по современным оценкам составляют 112.5 млрд м³. В северной части бассейна в зоне вечной мерзлоты возможно распространение газогидратов. Исследования в этом бассейне следует продолжить, т. к. они имеют и социально-экономическое значение. Здесь предполагается прокладка второй линии Байкало-Амурской магистрали, недалеко проходит трубопровод Восточная Сибирь-Тихий океан.
Программа фундаментальных исследований Президиума РАН № 4 «Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики».

Проект «Волновая динамика медленных деформационных процессов, активные тектонические структуры на Востоке Азии» (грант ДВО РАН № 12-I-П4-07).

При реализации проекта получены следующие основные результаты:

1. Изучены пространственно-временные закономерности сейсмодинамики Байкальской зоны. Циклы сильных землетрясений предполагают, что волна деформации пересекала регион три раза за последние 130 лет: на границе XIX и XX веков, в середине ХХ века, и на границе XX и XXI веков. В каждом из циклов по очереди активизировался один из трех сейсмических швов, в котором происходила главная разгрузка напряжений. Установлено явление ортогональной миграции, для которой характерно, что эпицентры самых сильных землетрясений мигрируют в сейсмических швах в поперечном направлении, а более слабые толчки магнитудой 4.5 – 6.5 мигрируют в продольном направлении. Предполагается, что генезис сейсмических швов и ортогональной миграции сейсмичности обусловлен столкновением деформационной волны с глубинными литосферными разделами.

2. Построена модель взаимодействия деформационной волны с глубинной структурой литосферы, результатом которого является сейсмодинамическая активизация региона. Выделены три сейсмических шва, в которых сосредоточены эпицентры всех землетрясений Байкальской зоны с магнитудой ≥ 6.6 за последние 130 лет. Образование двух из них связано с взаимодействием волны деформации с мантийным краем Сибирского кратона, а третьего шва  с ее столкновением с западной границей Амурской плиты. Показана закономерная парагенетическая связь рифтогенеза и сейсмичности.

3. Разработана методика выделения разноглубинных неоднородностей земной коры и верхней мантии по данным гравиметрии и магнитометрии. Показано, что зоны группирования землетрясений с М>4 в пределах Баджальской структуры приурочены к пересечению региональных разломов с краевыми частями низкоплотностных неоднородностей на разных глубинных уровнях. В земной коре выделены основные сейсмогенерирующие горизонты на глубинах 5 км, 10-15 км, 20-30 км.

4. На территории Среднего Приамурья установлена миграция землетрясений с М>3 по Пауканскому, Хинганскому разломам со скоростями 10-15 км/год и 40 км/год, соответственно.

5. На основе анализа результатов предварительной обработки записей сильнейшего землетрясения Тохоку (11.03.2011; М=9.0, Япония) в пунктах сети деформационных и сейсмологических наблюдений ДВО РАН в Приамурье и Приморье проведено дальнейшее развитие методики низкочастотной GPS-сейсмологии.

Показано, что совместный анализ данных GPS-наблюдений с частотой записи 1 Гц и широкополосных сейсмостанций с собственным периодом 120 секунд позволяет получать уникальную информацию о высокоамплитудных низкочастотных колебаниях и изменениях высоты земной поверхности. Подтверждена идентичность регистрации сейсмических волн геодезическим и сейсмологическим методами в диапазоне частот 0,1-0,01 Гц и возможность наблюдения высокоамплитудных волн в диапазоне частот 0,01-0,002 Гц. Установлено что косейсмические смещения на частотах ниже 0,002 Гц и на больших удалениях от гипоцентра землетрясения не регистрируются сейсмостанциями, а фиксируются только GPS-приемниками.

6. Проведены сейсмологические и GPS-наблюдения в стационарных пунктах (г. Хабаровск, пос. Ванино, пос. Чегдомын, пос. Кульдур), которые находятся в зонах влияния активных глубинных разломов: Намурхэ-Амурского, Хинганского, Танлу и Центрального Сихотэ-Алинского. Установлены скорости горизонтальных смещений GPS пунктов.
Программа ОНЗ РАН № 6 «Динамика континентальной литосферы: геолого-геофизические модели».

Проект «Строение и динамика литосферы Среднеамурского осадочного бассейна (Дальний Восток)» (грант ДВО РАН № 12-I-0-ОНЗ-11).

Создана цифровая база данных гравитационного поля Среднеамурского осадочного бассейна (САОБ) и сопредельных территорий. Выполнен анализ гравитационного и магнитного полей. Выделено 3 основных блока - приподнятый Центральный и опущенные Юго-Западный и Восточный. Выделена граница между Цзямусы-Буреинским массивом и Сихотэ-Алинским орогенным поясом, скрытая под чехлом САОБ.

Рассчитаны трехмерные плотностные модели САОБ. Выполнено сопоставление с результатами сейсмических и магнитотеллурических методов. Показано, что земная кора бассейна имеет неоднородное строение и характеризуется чередованием блоков различной плотности и электрического сопротивления. Верхняя мантия под бассейном имеет большую плотность и меньшее электрическое сопротивление.

На основе анализа и интерпретации геологических, гравиметрических, сейсморазведочных данных и материалов бурения впервые построены разрезы для верхней части земной коры центральной зоны САОБ и Бирофельдского грабена. Выделена кровля мезозойского складчатого основания. Внутренняя структура земной коры несимметрична относительно центра САОБ. В западной части наблюдаются относительно пологопадающие зоны разломов, для восточной части характерна их субвертикальная ориентировка. Для западной области бассейна в верхней части земной коры выделены согласованные структуры сейсмических границ западного падения, которые отражают внутреннюю структуру складчатого основания.

Проведены профильные полевые исследования методами магнитотеллурического зондирования и космической геодезии (GPS-наблюдения).