Топология минералов для извлечения полезных ископаемых

В основе модели месторождения, которую используют для добычи и переработки руды, лежит точное знание о химическом составе, структуре и расположении минералов в породе. Чем точнее модель, тем больше полезных веществ из месторождения можно извлечь.

Знать, какие минералы образовались при определенных условиях, как ассоциируются и влияют друг на друга, также важно для понимания генезиса породы. Это, в свою очередь, позволяет предсказывать и объяснять поведение геологических объектов. Глубокое понимание природных процессов может помочь и в решении технологических задач. Например, карбонатитовые лавы, такие как в осадочно-вулканогенном комплексе Контозеро на Кольском полуострове, имеют невысокую температуру образования (примерно 600 градусов по Цельсию), поэтому изучать минералы в такой лаве полезно для поиска технологий синтеза низкотемпературных материалов и разработки энергосберегающих технологий. Но сейчас большинство исследователей геологических образцов получают информацию или с усредненного объема (при этом теряется понимание взаимного расположения минералов и их влияния на конечный результат), или с двумерной плоскости (тогда не видно объемное распределение структур, необходимое для наиболее корректного построения модели месторождения).

Чтобы закрыть этот пробел, собралась большая команда авторов из Московского государственного университета, Сколковского института науки и технологий, Инженерной школы Мурманского арктического университета, Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья и Геологического института Кольского научного центра РАН, которая впервые исследовала реальный геологический образец породы под названием меймечит из комплекса Контозеро с помощью рентгеновского 3D-микротомографа, а затем математическими топологическими методами воспроизвела распределение минералов в нем. В работе был усовершенствован и применен к реальному объекту метод алгебраической топологии и интегральной геометрии, основанный на анализе функционалов Минковского. Именно поэтому исследовался меймечит, для которого хорошо известны генеалогия, количество видов минералов и их взаимное расположение. Научный отчет об исследовании опубликован в журнале Scientific Reports.