Перспективы разработки подводных россыпей Вьетнама

Ю.В. Кириченко¹, Hго Чан Тхиен Кюи^1,2
1 Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», г. Москва, Российская Федерация
² Государственный университет города Хошимина, Институт естественных наук, г. Хошимин, Вьетнам
Горная Промышленность №4 / 2021 стр. 140-144

Резюме: Рассматриваются вопросы актуальности разведки и освоения месторождений морского дна. Приводятся сведения об истории и составе исследований месторождений твердых полезных ископаемых, проводимых в Южно-Китайском море учеными Демократической Республики Вьетнам. Дается океанографическая и геологическая характеристика тихоокеанского побережья Вьетнама, его шельфа и континентального склона. Приводятся условия, формирующие россыпные месторождения в эксклюзивной экономической зоне Вьетнама, дается их краткая характеристика. Приводятся примеры различных россыпей в шельфовой зоне, их особенности, даны принципиальные схемы залегания. Анализируется зависимость ширины литорали от высоты приливной волны и угла наклона шельфа. Приводятся предложения о возможности разработки россыпных месторождений в литорали сухоройной техникой, изложены преимущества и недостатки такой технологии. Отмечены особенности влияния климатических условий тихоокеанского побережья Вьетнама на применение гидромеханизированных технологий при разработке подводных россыпей. Сделан акцент на сохранении экологического равновесия в местах разработки и продолжении дальнейших исследований в Южно-Китайском море.

Ключевые слова: подводные месторождения, побережье Вьетнама, Южно-Китайское море, россыпи, титан, рутил, ильменит, шельф, приливная волна, литораль, геологоразведочные работы, океаническое ложе, добычное оборудование, гидромеханизированные технологии, экологические проблемы, обогащение, полезные компоненты, перспективы освоения

Для цитирования: Кириченко Ю.В., Hго Чан Тхиен Кюи. Перспективы разработки подводных россыпей Вьетнама. Горная промышленность. 2021;(4):140–144. DOI 10.30686/1609-9192-2021-4-140-144.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 10.06.2021

Поступила после рецензирования: 16.07.2021

Принята к публикации: 20.07.2021

Информация об авторах

Кириченко Юрий Васильевич – доктор технических наук, профессор кафедры геологии и маркшейдерского дела, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт, г. Москва, Российская Федерация

Hго Чан Тхиен Кюи – аспирант кафедры геологии и маркшейдерского дела, Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», Горный институт, г. Москва, Российская Федерация; Государственный университет города Хошимина, Институт естественных наук, г. Хошимин, Вьетнам; e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Введение

Морское дно эксклюзивной экономической зоны Демократической Республики Вьетнам (ДРВ) и прилегающих международных вод Южно-Китайского моря стало объектом пристального геологоразведочного внимания на государственном уровне с 80-х годов прошлого столетия. Геологические исследования различной степени интенсивности и масштабности проводились и продолжаются по настоящее время как по собственным государственным программам, так и в рамках специализированных международных проектов.

Усилиями вьетнамских ученых-геологов (в том числе с участием советской научной школы) результаты первоначальных многолетних исследований были реализованы в виде серии минерально-геологических карт масштаба 1:200 000. Эти карты при последующих исследованиях детализировались, уточнялись и классифицировались по различным типам морских месторождений [1–7].

Основные сведения об эксклюзивной экономической зоне Вьетнама

Тихоокеанская береговая линия Вьетнама, омываемая Южно-Китайским морем, протянулась на 3444 км (включая острова). Практически на всей своей протяженности она изобилует различными полезными ископаемыми, часть из которых используется с древних времен. В последние десятилетия происходит интенсивная геологическая разведка побережья и акватории Южно-Китайского моря вьетнамскими и зарубежными специалистами и компаниями на предмет обнаружения и оценки месторождений полезных ископаемых [8].

По структуре акватория Южно-Китайского моря (как и всего Мирового океана) делится на три зоны (рис. 1):

– континентальный шельф – глубина до 500 м;

– континентальный склон – глубина от 200 до 4000 м;

– ложе океана – глубина от 2500 до 6000 м.

Рис. 1 Обобщенный разрез эксклюзивной экономической зоны Вьетнама в Южно- Китайском море:I – шельф; Iа – песчаная береговая зона; II – континентальный склон; III – ложе океана; 1 – уровень моря; 2 – остров; 3 – плотик; 4 – россыпь; 5 – вмещающие породы; 6 – линия прибоя

Fig. 1 Generalized section of the exclusive economic zone of Vietnam in the South China Sea: I – shelf; Iа – sandy coastal zone; II – continental slope; III –ocean bed; 1 – sea level; 2 – island; 3 – raft; 4 – placer; 5 – host rocks; 6 – surf line

Континентальный шельф Вьетнама относится к «исключительной экономической зоне» (200 миль от берега для открытого моря и 350 миль для континентального шельфа) и попадает под юрисдикцию этой страны (рис. 2). Поэтому геологоразведка в пределах этой зоны проводится довольно интенсивно, что позволило выявить большое количество разнообразных полезных ископаемых, в основном россыпного типа [4; 6–9].

Рис. 2 Карта распространения морских полезных ископаемых Вьетнама: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – Потенциальные районы россыпей Ti, Zr, глубина моря 0-30 м; I,II, III – Потенциальные районы россыпей Ti, Zr, глубина моря 30–100 м

Fig. 2 Map of the distribution of marine minerals in Vietnam: 1, 2, 3, 4, 5, 6 – Potential areas of Ti, Zr placers, sea depth 0–30 m; I, II, III – Potential areas of Ti, Zr placers, sea depth 30–100 m

Континентальный шельф Вьетнама представляет практически по всей своей протяженности почти горизонтальную равнину с небольшим углом наклона менее 0,1° (рис. 3). За исключением пляжной зоны, рельеф дна шельфа осложнен уступами древних террас, гребнями, холмами, ложбинами и долинами погребенных рек. Имеется ряд островов, интенсивное волновое разрушение которых способствовало образованию вокруг них россыпных месторождений.

Рис. 3 Схема действия приливной волны в пляжной зоне побережья Вьетнама: 1 – уровень моря во время отлива; 2 – уровень моря во время прилива; 3 – приливная волна; 4 – плотик; 5 – вмещающие породы; 6 – россыпь I; 7 – россыпь II; 8 – линия прибоя; α – угол наклона шельфа; hпр – высота приливной волны; Lпр – ширина обнажаемого при отливе пляжа (литорали)

Fig. 3 The scheme of action of a tidal wave in the beach area of the coast of Vietnam: 1 – sea level at low tide; 2 – sea level at high tide; 3 – tidal wave; 4 – raft; 5 – host rocks; 6 – placer I; 7 – placer II; 8 – surf line; α – is the angle of inclination of the shelf; hpr – is the height of the tidal wave; Lpr – width of the beach exposed at low tide (littoral)

В пределах континентального шельфа процессы выветривания являются определяющими при формировании большинства месторождений. Гидродинамический режим определил деление прибрежного шельфа на три зоны:

а) надводная зона действия волн и приливов (пляж); расположена между урезом воды во время отлива и верхней границей действия штормовых волн;

б) подводная волновая зона, в пределах которой волны активно преобразовывают морское дно; она распространяется до глубины 10–20 м и, в зависимости от рельефа побережья, ширина зоны достигает нескольких сотен метров и даже первых километров;

в) неволновая зона, в которой основное действие на дно производят подводные морские течения, находится на глубинах до 200–300 м.

Относительно небольшая глубина и близость к берегу предопределили освоенность месторождений на шельфе. Во Вьетнаме к таким месторождениям относятся россыпи ильменита, рутила, циркона, монацита, магнетита, касситерита, золота, гранатов, песков и т.д. Горно-геологические условия этих месторождений достаточно разнообразны и в то же время достаточно схожи, так как определены деятельностью моря.

Геологическая деятельность моря здесь представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов, состоящих из:

– абразии – разрушения волнами и течениями материнских горных пород, слагающих берега и мелководье;

– транспортировки – переноса и сортировки терригенного (обломков горных пород с суши) и другого материала;

– аккумуляции – накопления осадков [1; 10; 11].

Эти процессы в основном и обусловили формирование разведываемых и эксплуатируемых россыпных месторождений побережья Вьетнама.

Применительно к рассмотренному выше диапазону (прибрежный район – шельфовая зона) обнаружен целый ряд месторождений ТПИ, которые непосредственно связаны с четвертичными отложениями и морскими осадками.

В частности, промышленное значение имеют россыпи ильменита (FeTiO3), рутила (TiO2), циркона (ZrSiO4), монацита [(Ce,La)PO4], магнетита (FeFe2O4), касситерита (SnO2), золота (Au), гранатов, корунда (Al2O3), топазов [Al2(F,OH)2SiO4], шпинелей [(Mg,Fe)Al2O4], желто-серых песков. Кроме этого, с 1978 г. во Вьетнаме производятся геологоразведочные изыскания на уран, в основном с применением радиометрического картирования, дополняемого бурением. Часть этих россыпных месторождений успешно разрабатывается, освоение других планируется в будущем.

В предыдущей статье («Горная промышленность» №1/2020) был рассмотрен ряд морских россыпных месторождений Вьетнама элювиального и делювиального происхождения (рис. 2):

– титановое Куанг Сюон с запасами 80,2 тыс. т (в том числе ильменит 71,9 тыс. т и циркон 2,3 тыс. т);

– титановое Кам Хоа со средним содержанием титана 92,84 кг/м3 (в том числе ильменит 81,4 кг/м3 и циркон 5,76 кг/м3);

– титаново-редкоземельное Ки Нинь с запасами 550,7 тыс. т (в том числе ильменит 443,5 тыс. т, циркон 35,1 тыс. т и монацит 0,2 тыс. т);

– титаново-редкоземельное Ке Сунг с двумя рудными скоплениями и основными запасами: по титановой руде 3370 тыс. т, циркону 100 тыс. т, монациту 1,2 тыс. т;

– титаново-редкоземельное Де Джи с запасами по титану более 2000 тыс. т (в том числе ильменит 1750 тыс. т, циркон 78,5 тыс. т, монацит и ксенотим 23,7 тыс. т);

– титановое (с двумя рудными телами) Хам Тан с запасами по ильмениту 1300 тыс. т, циркону 440 тыс. т;

– несколько месторождений стекольных и оптических песков с общими запасами около 600 тыс. т.

Разведка и изыскания на морских месторождениях на тяжелые, цветные, драгоценные и редкоземельные металлы продолжаются и в настоящее время.

Особенности промышленного освоения подводных россыпей

В принципе разработка прибрежных месторождений и в пределах шельфа на малых глубинах особых технологических сложностей не представляет и практикуется во многих странах мира. Единственным существенным ограничением является обеспечение безопасности окружающей природной среды. Основным фактором, обеспечивающим охрану ОПС при морских разработках, должна являться достаточная адекватность применяемой технологии и оборудования состоянию природной среды. Для рассматриваемых месторождений проблема окружающей среды усугубляется тем, что эти районы являются зонами развитого туризма и отдыха практически в течение всего календарного года.

Россыпные месторождения (в том числе и рассматриваемые) весьма разнообразны как в геометрии (форма, размеры, угол падения и т.п.), так и по распределению полезных ископаемых (моно- и поликомпонентные) и характеру залегания (поверхностные без вскрыши и погребенные со вскрышей). Например: месторождения Ке Сунг и Хам Тан имеют по две рудные залежи, рассредоточенные в плане, а Де Джи – в плане и профиле; россыпь Куанг Сюонг имеет мощность в среднем 0,82 м, а Хам Тан до 7,5 м. Вблизи островов также существуют россыпи металлического и строительного сырья. На рис. 1 представлена принципиальная схема россыпных месторождений Вьетнама в пределах шельфа Южно-Китайского моря. Необходимо отметить, что в пределах океанического ложа и континентального склона тоже существуют месторождения твердого минерального сырья, часть из которых уже разведана, а поиск других интенсивно производится как самостоятельно Вьетнамом, так и в рамках международного сотрудничества.

Существующие и проектируемые добычные комплексы для разработки морских месторождений твердых полезных ископаемых неоднократно описывались в технической и научной литературе. Подробно (с различных точек зрения и применительно к поставленной задаче) анализировались их достоинства и недостатки [10–13]. Для разработки россыпных месторождений в пределах шельфа на небольшой глубине (до 50 м) эффективно используются землесосные снаряды с трюмными и погружными насосами, эжекторные и эрлифтные драги и т.п., на больших глубинах (50–100 м) – земснаряды с пневматическими камерными насосами, подводные земснаряды типа «Моллюск», эрлифтные, грейферы и т.п. [10; 11]. Кроме того, при близком к горизонтальному залегании шельфа (α < 0,5o) зачастую зона разработки отгораживается дамбами, осушается и месторождение отрабатывается сухоройным оборудованием (алмазоносные россыпи в Намибии и т.д.).

Некоторые россыпи Вьетнама залегают полностью или частично непосредственно в пляжной части шельфа (рис. 1, 3). Разработка таких месторождений в литорали возможна сухоройной техникой (погрузчиками, бульдозерами, скреперами и т.д.) во время отливов. Периодичность отливов, как известно, составляет 24 ч, то есть около 12 ч в сутки прибрежная зона бывает свободна от воды. Ширина литорали зависит от высоты приливной волны и угла наклона прибрежного шельфа. Наблюдения свидетельствуют – высота прилива на побережье Вьетнама различна, так как зависит от многих природных факторов, и составляет в среднем (с севера на юг): в районе Тхань Хоа до 3,1 м; Ха Тинь – около 2,5 м; Куанг Намь ̃1,5–1,6 м; Вунг Тау ̃2,0– 3,5 м (рис. 2). На рис. 4 представлены зависимости ширины обнажаемой при отливах зоны (литорали) при различных высотах приливной волны и наклоне дна в диапазоне, характерном для побережья Вьетнама в Южно-Китайском море. Находящиеся в пределах литорали россыпные месторождения на период до 12 ч освобождаются от воды и становятся доступными для сухоройной техники.

Рис. 4 График зависимости ширины обнажаемого при отливе пляжа (литорали – Lпр) от угла наклона шельфа (α) и высоты прилива (hпр)

Fig. 4 Graph of the dependence of the width of the beach exposed at low tide (littoral – Lpr) on the angle of inclination of the shelf (α) and the height of the tide (hpr)

Время доступности зависит в основном от местоположения россыпи: ближе к линии прибоя на больший промежуток, дальше – на меньший (рис. 1, 3).

Разработка этих месторождений может производиться таким мобильным оборудованием, как погрузчики, скреперы и бульдозеры. Несущая способность дна обнажаемой зоны довольно высокая и достигает в среднем 0,4–0,8 кг/см2. Ведущие машиностроительные фирмы мира (Белаз, Cаterpillar, ЧТЗ, УРАЛТРАК, Volvo, Hyundai, Liu Cong и др.)

выпускают оборудование самой различной производительности и мощности с удельным давлением на грунт приблизительно в этих пределах: погрузчики – 0,3–0,6 кг/см2; скреперы – 0,25–0,5 кг/см2; бульдозеры – 0,3–0,9 кг/см2. Основными трудностями при организации добычи в пределах литорали (кроме несущей способности) будут:

– невозможность организации постоянных забоев и транспортных коммуникаций;

– невозможность разработки россыпей, перекрытых вскрышными породами;

– разубоживание полезного ископаемого в забоях пустыми породами, принесенными приливной волной;

– низкий коэффициент использования рабочего времени оборудования.

Последний недостаток можно нивелировать организацией промежуточных складов у береговой черты и использованием добычного оборудования для отгрузки и транспортирования полезного ископаемого на обогатительную фабрику или иному потребителю. Для добычи особо ценных полезных ископаемых можно ограждать места добычи дамбами по примеру разработки алмазоносных россыпей в прибрежных зонах Африки.

За пределами литорали на глубинах до 30 м для разработки россыпных месторождений, как уже отмечалось, могут применяться существующие гидромеханизированные технологии и оборудование. В более глубинных районах шельфа требуются специализированное оборудование и технологии [10–13]. Необходимо отметить, что первый положительный опыт подводной разработки глубокозалегающих россыпей был приобретен при эксплуатации подводного земснаряда «Моллюск» (СССР) с 1972 г. Земснаряд был разработан в Московском горном институте и построен на Уфимском заводе горного оборудования [10]. Опытно-промышленная добыча касситеритовых песков и других россыпных полезных ископаемых в Восточно-Сибирском море, море Лаптевых и на Балтике выявила сложности в организации обогащения и транспортирования добытого материала. Подобные проблемы, влияющие на ритмичность работы добычного оборудования и снижение его производительности, возникнут при освоении россыпей во Вьетнаме.

Кроме того, при планировании морских разработок необходимо учитывать климатические факторы. Сезонное усиление ветров начинается с мая, а с сентября по январь высока вероятность штормов на прилегающей к Вьетнаму акватории Южно-Китайского моря.

Строительные пески и песчано-гравийные смеси вследствие их широкого распространения в пределах шельфа разрабатываются в мире уже несколько столетий и объем их ежегодной добычи давно превышает 0,5 млрд м3. На побережье Вьетнама такие работы достаточно просто организуются зачастую для местных нужд коммун.

Разработка глубинных месторождений твердых полезных ископаемых, особенно конкреций и корок, в промышленных масштабах до сих пор не решена. Планируемая международной компанией Nautilus Minerals разработка корок в море Бисмарка у берегов Папуа – Новая Гвинея с глубины более 1000 м уже несколько лет откладывается изза технологических и экологических проблем.

Экологические последствия при разработке подводных месторождений во многом схожи с негативными экологическими последствиями, сопровождающими горные работы на континентальной суше [14]. Разработка месторождений морского дна будет негативно воздействовать на устойчивые биосообщества в районе работ, в том числе и посредством уничтожения областей их обитания. В местах проведения горных выработок будет меняться рельеф, загрязняться вода, возможно изменение гидрологического режима в придонной части. Особое внимание необходимо обращать на возможное негативное воздействие на тех представителей флоры и фауны, которые присущи лишь Южно-Китайскому морю.

Естественно, планирование технологий с обогащением на борту добычных агрегатов или плавучих ОФ со сбросом отходов в море является недопустимым. Кроме того, практически всё тихоокеанское побережье Вьетнама постоянно расширяется и осваивается для туризма.

Определенные ограничения для развития морской добычи твердых полезных ископаемых представляют экономические риски.

Выводы

Многие из обнаруженных в пределах эксклюзивной экономической зоны Вьетнама и глубинных районов ЮжноКитайского моря месторождений твердых полезных ископаемых являются перспективными для разработки или более детальной разведки.

Россыпные месторождения в пределах шельфа с глубинами морей до 30 м могут разрабатываться с применением существующих гидромеханизированных технологий и оборудования. Россыпи, залегающие в диапазоне ̃30–100 м, требуют специальных технологий и оборудования, типа погружного земснаряда «Моллюск», грейферов, комплекса погружных землесосов и т.п.

Месторождения глубинных районов, в том числе за пределами эксклюзивной зоны Вьетнама, могут быть включены в промышленное освоение только после проведения детальных разведочных работ и разработки соответствующих технологий и системы комплексной механизации.

Разработка месторождений в пределах литорали возможна с применением традиционной сухоройной техники по общепринятым технологиям.

Целесообразность производства морских добычных работ в пределах шельфовой зоны, континентального склона и в глубинных районах Южно-Китайского моря должна определяться с обязательным учетом экономических и экологических рисков.

Список литературы

1. Генов Р., Димитров Т., Киров Б. и др.; Димов Г. (ред.) Геология и минеральные ресурсы Мирового океана. Варшава: Intermorgeo; 1990. 756 с.

2. Le Duc To. South China Sea. Vol. 1: Fundamental Problems. Hanoi: Natural Science and Technology Publishing House; 2009. 317 p.

3. Mai Thanh Tan. South China Sea. Vol. 3: Geology and Geophysics. Hanoi: Hanoi National University Press; 2003. 458 p.

4. Ministry of Natural Resources and Environmental Protection. Geology and land resources of Vietnam. Science and Technology Publishing House; 2011. 590 p.

5. General Department of Geology and Minerals. Geology and Mineral Resources Map of Vietnam 1:1000.000. Hanoi; 2010.

6. Bui Xuan Nam, Ho Si Giao. Status of development orientations for mining titanium placers in Vietnam. Mining Sciences and Technologies. 2016;(1):40–50. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2016-1-40-50

7. Dang Xuan Fong. Alluvial exploration methods. Hanoi: Construction Publishing House; 2006.

8. Нго Чан Тхиен Кюи, Кириченко Ю.В. Минеральный потенциал подводных месторождений в Южно-Китайском море Вьетнама. Горная промышленность. 2020;(1):140–143. https://doi.org/10.30686/1609-9192-2020-1-140-143

9. Кириченко Ю. В., Каширский А. С. Месторождения твердого минерального сырья Мирового океана и потенциал его использования. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(9):251–259.

10. Ржевский В.В., Нурок Г.А. (ред.) Технология добычи полезных ископаемых со дна озер, морей и океанов. М.: Недра; 1979. 381 с.

11. Дробаденко В.П., Калинин И.С., Малухин Н.Г. Методика и техника морских геологоразведочных и горных работ. Волгоград: Ин-Фолио; 2010. 352 с.

12. Кириченко Ю.В. Глубоководный аппарат для разработки железомарганцевых образований морского дна. Горный журнал. 2014;(1):84–87. Режим доступа: https://www.rudmet.ru/journal/1277/article/21732/

13. Кириченко Ю.В., Каширский А.С. История и перспективы развития глубоководной добычи твердых полезных ископаемых. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2015;(11S):123–134.

14. Кириченко Ю. В., Каширский А. С., Иващенко Г. С. Анализ экологического воздействия разработок подводных месторождений твердых полезных ископаемых. Горная промышленность. 2019;(3):92–97.