Алмазное месторождение «Айхал» славится алмазами

«Айхал» на якутском означает «Слава». Так советские геологи назвали кимберлитовую трубку и образованный рядом посёлок городского типа. В прошлом году алмазное месторождение «Айхал» отметило 70-летний юбилей с начала своей эксплуатации.

Стартовые запасы этого богатейшего месторождения превышали 100 млн карат. По данным 2017 года, разведанные запасы по категории С1 составляют 61,1 млн карат, по категории С2 — 10,2 млн карат, что позволяет говорить о многолетних перспективах «Айхала».

История открытия

К изучению нынешней Республики Саха (Якутия) на предмет алмазоносности геологи приступили в 1948 году. Первые алмазы в регионе нашли уже через год на косе Соколиная, а в 1950 году стартовали поисково-разведочные работы в пределах будущего Вилюйского алмазоносного бассейна.

Через 9 лет в пробах небольшого объёма нашли больше 40 алмазов, и это означало, что местный ручей размывает богатое месторождение алмазов, скорее всего, коренное. Работы продолжились, и уже 26 января 1960 года один из поисковых шурфов вскрыл кимберлит, содержание алмазов в пробах которого оказалось феноменальным: такими богатствами не могла похвастать даже трубка «Мир».

Обнаруженную трубку назвали «Айхал», а начало эксплуатации наметили на август 1961 года. Открытие алмазного месторождения в значительной мере базировалось на пироповом методе поиска, и именно новая трубка послужила подтверждением его эффективности при геологическом поиске.

География и природа месторождения «Айхал»

Трубка «Айхал» находится в пределах Вилюйского плато в восточной части Среднесибирского плоскогорья, в нижней части долины реки Сосхсолоох-Мархинский и относится к Далдыно-Алакитскому алмазоносному району. Участок трубки приурочен к водоразделу рек Сохсолоох и Чукука и имеет пологоувалистый рельеф с перепадом высот от 420 до 680 м.

Выполнена трубка разновозрастными кимберлитовыми брекчиями, причём её кимберлиты — по сравнению с породами других трубок Якутской алмазоносной провинции — характеризуются высокими содержаниями карбонатов, апатита и барита, а также присутствием бадделеита — минерала карбонатитовых комплексов.

Современные отложения в трубке «Айхал» представлены аллювием долинного комплекса, а также элювиально-делювиальными и озерно-болотными отложениями — песками, суглинками, глинами, гравием, щебнем и галькой мощностью 0,5-10 м. В отработанной верхней части трубки исследователи отмечали кимберлитовые туфы и «стратифицированные» кимберлиты средней плотности 2,35 г/см3.

В структурном отношении предполагается, что на уровне кристаллического фундамента для трубки «Айхал» рудовмещающей структурой является одна из трещин скола северо-восточного простирания, оперяющих субмеридиональный глубинный разлом вдоль современной долины реки Сохсолоох.

В условиях вечной мерзлоты

Распространение многолетне-мёрзлых горных пород на месторождении «Айхал» носит сплошной характер. Немногочисленные таликовые зоны, сложенные грунтами песчано-гравийно-галечного состава, в основном приурочены к руслам местных водотоков.

Работать в таких условиях нелегко. Принципиальным с точки зрения выбора оптимальных технологических решений является положение нижней границы ММП, то есть их мощности. В пределах месторождения «Айхал» этот показатель составляет около 800 м при температуре на подошве слоя годовых колебаний (20 м) от -3.0 до -5.7 °С.

Необходимо отметить, что температурный режим является одной из основных характеристик состояния мёрзлых толщ горных пород. В результате анализа местной специфики сотрудники Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН и МГУ установили, что для формирования температурного поля верхних горизонтов горных пород подобных районов важны климатические и геоботанические факторы, а ключевым является фактор геоморфологический. Другими словами, именно положения в рельефе (высота, элемент рельефа, ориентация) являются ведущими при формировании температурного поля горных пород.

На территории месторождения «Айхал» температуры горных пород довольно низки и обычно находятся в диапазоне от -3 до -6 °С. При этом чётко прослеживается связь температуры с ориентацией элементов: так, для северных склонов температуры на подошве слоя на 1,5–2,5 ° ниже по  сравнению с южными, а западные и  восточные по своим характеристикам занимают промежуточное положение.

Значительную роль играет и состав грунтов: наиболее «холодными» являются подножья склонов северо-восточной экспозиции, перекрытые чехлом крупнообломочных пород.

В пределах водораздельных пространств определяющую роль в формировании температуры горных пород играет их состав. Так, наиболее высокие температуры, не опускающиеся ниже -2.4 °С, свойственны сухим выветрелым доломитам или туфам, а минимальные температуры (до -8 °С) фиксируют на водораздельных пространствах, занятых термокарстовыми ландшафтами. Что до днищ долин водотоков, минимальные температуры горных пород здесь достигают -6.8 °С и фиксируются на участках развития льдистых покровных органогенных отложений.

Особое значение при решении задач проектирования мероприятий в районах алмазодобычи приобретают геотермические условия самих кимберлитовых трубок. Изучавшие эту проблему сотрудники ИМЗ установили, что определяющую роль при формировании температурного поля кимберлитовых тел играют литолого-петрографические и тепло-физические свойства горных пород. При  этом среднее значение тепло-проводности кимберлитов обычно значительно ниже, чем у вмещающих их карбонатов — соответственно 2.29 и 4.1 Вт/(м•к).

Ещё одним важным аспектом является определённая связь температур собственно слагающих трубки горных пород с положением в рельефе. В частности, приуроченные к водоразделам и приводораздельным пространствам трубки характеризуются более высокими температурами по сравнению с долинами рек и днищами местных депрессий. Для Далдыно-Алакитского района эта разница составляет в 2.5–3 °С, что позволяет оценить температуру горных пород для месторождения близкой к -5 °С.

Криогенные процессы

Одним из ключевых геоэкологических аспектов в изучении любого месторождения также является специфика развития криогенных процессов. Они оказывают существенное влияние на состояние алмазноносного участка и, как следствие, на характер ведущихся там исследовательских, поисковых и добывающих работ.

На территории «Айхала» действуют криогенные процессы следующего характера.

• Морозное выветривание. Оно наблюдается на 40% площади района, в  основном в глинисто-карбонатных породах кембрия и ордовика, формируя там достаточно мощную (до 7 м) кору криогенного выветривания, которая по своим свойствам резко отличается от подстилающих коренных пород.
• Солифлюкция, представленная на 20–30% площади, главным образом в глинисто-карбонатных породах кембрия и ордовика. В условиях достаточного увлажнения и под действием гравитационных сил они перемещаются вниз по склонам со скоростью 8–10 см в год.
• Морозное пучение грунтов встречается на 10–15% территории. Чаще всего пучению подвержены озерно-аллювиальные и озерно-болотные отложения, а также аллювиальные отложения пойм и низких террас. Здесь формируется кочковатый микрорельеф с кочками диаметром 30–50 см и высотой 10–30 см, но  иногда встречаются и «гиганты» — кочки до 1,5 м в поперечнике и 0,4 м высотой.
• Многолетнее пучение грунтов наблюдается редко — только на участках развития торфяников. Образующиеся при этом отдельные слабовыпуклые многолетние бугры пучения имеют высоту не более 1,5 м.
• Термокарстовые явления охватывают только 5–8% территории в силу отсутствия крупных залежеобразующих масс подземных льдов и ограниченности сильнольдистых четвертичных отложений.
• Термокарстовые формы мезорельефа — небольшие (до 10 м в поперечнике и глубиной до 1 м) озёра на  пойме, низких террасах и в днищах долин водотоков, своим происхождением обязанные общему изменению условий теплообмена дневной поверхности на отдельных участках;
• Термоэрозия, развитая лишь на  4–6% территории. Сформированные этим процессом делли имеют несколько стадий развития, зависящих от мощности и льдистости склоновых отложений. Слабовыраженные на местности делли глубиной всего 20–30 см обычно приурочены к склонам средней крутизны с маломощным и малольдистым делювием.
• Морозобойное трещинообразование затрагивает только 1% площади, так как в данном районе отсутствуют необходимые для широкого развития морозобойного трещино-образования условия — высокая влажность грунтов, их низкие температуры, обуславливающие большие температурные градиенты в деятельном слое. Однако наличие законсервированных маломощных полигонов морозобойных трещин всё же возможно при обнажении участков высоких пойм и низких террас.

Геоэкологическое состояние месторождения «Айхал»

Территория месторождения активно осваивается на протяжении десятков лет. Разработка карьера началась в 1961 году и завершилась 27 лет спустя, а после 1997 года начался переход на подземную добычу с созданием подземного рудника. Он был запущен в 2005 году, к 2012 году вышел на проектную мощность в 500 тыс. тонн руды в год.

Это означает, что «Айхалу» удалось испытать на себе негативное воздействие обоих способов добычи.

Возникающие при разработке месторождения открытым способом на большую глубину трудности затрагивают практически все стороны горного производства. Особенно остро эти проблемы проявляются при разработке кимберлитовых месторождений Якутии, находящихся в крайне суровых природных условиях.

Вредному воздействию здесь подвергаются все компоненты природной среды, результатом чего становятся нарушения поверхностных геосистем разной степени.

Горными работами на территории месторождения «Айхал» были вскрыты подмерзлотные напорные пластовые воды, насыщенные различными газами: метаном, гомологами метана, сероводородом, а также радиоактивными аэрозолями, оказывающими пагубное влияние на людей и окружающую среду.

Анализ объективных закономерностей развития открытых горных работ свидетельствует о том, что объёмы вскрышных работ в контуре кимберлитового карьера на каждые сто метров погружения при глубине 600 м возрастают от 2,07 до 6 раз, а себестоимость вскрышных работ — от 1,53 до 6,53 раза. А вот параметры рабочей зоны карьера с  глубиной резким образом сокращаются, что ухудшает показатели использования горнотранспортного оборудования.

Специфика многолетнемерзлотных грунтов делает горно-технические условия киберлитовых карьеров уникальными. А это, в свою очередь, превращается в крупную проблему для разработки подобных месторождений и требует решения с помощью новых технологий, которые сделали бы открытый способ добычи в экстремальных условиях Севера более эффективным.

Текст: Михаил Николаевич Железняк, док. геол.-мин. наук, директор, Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН
Марк Михайлович Шац, канд. геогр. наук, ведущий научный сотрудник, Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН