ВВЕДЕНИЕ 3
1. Краткий обзор и анализ ранее выполненных работ 5
2. Методика и результаты лабораторных измерений спектральной ВП 13
2.1. Лабораторная установка и её тестирование 13
2.2. Спектры комплексной электропроводности образцов 18
2.3. Интерпретация данных по электропроводности 22
3. Результаты дополнительных методов исследования 31
3.1. Ёмкость катионного обмена 31
3.2. Микроскопические исследования 33
3.3. Компьютерная томография 37
Обсуждение результатов 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
ЛИТЕРАТУРА 44
Геофизические методы являются неотъемлемой частью комплекса работ при поисках и разведке кимберлитовых тел, экструзивных ультраосновных пород, являющихся основным источником алмазов. На стадии поисков применяется магниторазведка в наземном и, чаще, - в аэроварианте, ввиду большой производительности работ (Macnae, 1995). Трубочные тела в магнитном поле выделяются кольцевыми либо биполярными аномалиями различной интенсивности (в зависимости от их географического положения и направления намагничения кимберлитов). Однако, применение магниторазведки при поиске кимберлитовых тел имеет существенный недостаток - выявленным аномалиям могут отвечать изометричные в плане массивы, представленные иными породами повышенной намагниченности (амфиболиты, скарны и т.д.). Кроме того, известны трубки взрыва, сложенные практически немагнитными кимберлитами (Macnae, 1995).
Поэтому в последнее время электроразведка в аэро- и наземном вариантах широко используется на стадии детальных поисков трубок взрыва и при разбраковке магнитных аномалий. Чаще всего кимберлитовые тела характеризуются низкими значениями удельного электрического сопротивления (УЭС) (Macnae, 1995; Зинчук и др., 2002; Cunion, 2009; Сараев и др., 2010).
Однако, причина высокой электропроводности кимберлитов до конца не ясна. Кроме того, кимберлиты могут не отличаться от вмещающих породу по УЭС (Зинчук и др., 2002). Поэтому целесообразно оценить возможность применения вызванной поляризации (ВП) для поисков кимберлитов. Метод ВП лишь в ограниченном объеме использовался для решения этой задачи (Kaminski and Viezzoli, 2016; Kang et al., 2017)
Целью данной работы является изучение закономерностей ВП кимберлитовых пород. Для этого измерялась комплексная электропроводность образцов из месторождения им. Ломоносова. Для последующей интерпретации и выявления параметров, контролирующих электропроводность, были решены следующие задачи:
1) ознакомление с литературными данными по объекту исследования;
2) ознакомление с методикой спектральной вызванной поляризации и проведение лабораторных измерений комплексной электропроводности образцов кимберлитов;
3) измерение ёмкости катионного обмена (ЕКО) образцов и анализ данных по ЕКО;
4) анализ шлифов;
5) качественная оценка структуры образцов по данным компьютерной микротомографии.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-47-04402 «Развитие теории вызванной поляризации применительно к поискам месторождений стратегического сырья». Использовано оборудование Технопарка СПбГУ, Ресурсные центры "Геомодель", "Рентгенодифракционные методы исследования", "Инновационные технологии композитных наноматериалов". Автор выражает благодарность Е.В. Путинцевой (кафедра петрографии СПбГУ) за помощь в описании шлифов, В.Ю. Абрамову (кафедра геофизики СПбГУ) за определение ёмкости катионного обмена.
По результатам экспериментальной работы было установлено:
1. аномально высокие значения электропроводности кимберлитов (электропроводность образцов выше электропроводности порового раствора), которые нельзя объяснить только высокой электропроводностью порового раствора или высокой пористостью, как это делают другие исследователи;
2. сложный механизм электропроводности кимберлитов, который включает себя не только открытые поры, заполненные электролитом (высокие значение вещественной части), но и проявление эффекта ВП при насыщении пресными и сильно минерализованными растворами (высокие значения мнимой части);
3. мнимая часть комплексной электропроводности изученной коллекции образцов кимберлитов достигает экстремальных значений при меньшей минерализации поровой влаги и принимает значения на два порядка больше, чем в случае типичных осадочных пород;
4. для объяснения аномально высоких значений электропроводности кимберлитов необходим учет поверхностной проводимости сапонита и, возможно, - серпентина.
Дальнейшее развитие данного исследования возможно с образцами наименее измененных «твёрдых» кимберлитов с глубин более 1 км. Необходимо применение метода компьютерной нанотомографии для лучшей оценки цементирующей массы. Для подтверждения данных по ЕКО следует провести измерение удельной поверхности. Наконец, в дополнение целесообразны петрофизические исследования мономинеральных образцов сапонита и серпентина.
