Nowe narzędzia i wiedza ukierunkowane na europejskie dostawy (krytycznych) surowców ortomagnetycznych
Ziemia ma warstwową strukturę bogatą w metale. Płaszcz jest najgrubszą powłoką przykrywającą jądro. Zbudowany jest z bardzo gorącej płynnej lub częściowo płynnej skały (magmy), która tworzy „prądy“, gdy gorąca skała unosi się z głębin w kierunku cienkiej, najbardziej zewnętrznej skorupy, a chłodniejsza skała opada. Gdy stygnie i krystalizuje się, magma (nazywana lawą po dotarciu do powierzchni Ziemi) tworzy skały magmowe bogate w minerały. Przedmiotem badań finansowanego przez UE projektu SEMACRET(odnośnik otworzy się w nowym oknie) były „ortomagmatyczne“ złoża rud siarczkowych i tlenkowych. Koncentrując się nie tylko na konwencjonalnych złożach mineralnych, jego twórcy przyglądali się systemom i procesom ziemskim w poszukiwaniu rozwiązań dla zrównoważonej eksploracji (krytycznych) surowców na potrzeby zielonej transformacji energetycznej. Naukowcy badali magmy pochodzące z płaszcza, próbując przy tym wypełnić luki w zrozumieniu procesów tworzenia rud – od magmowych źródeł metali znajdujących się głęboko w Ziemi po krystalizację i tworzenie złóż mineralnych na małej głębokości.
Podejście oparte na systemach mineralnych
„W projekcie SEMACRET wykorzystaliśmy zaawansowane symulacje, aby lepiej zrozumieć procesy tworzenia i głębokiego transportu magmy oraz interakcje magma-skorupa podczas procesów rudotwórczych. Prace modelowe uzupełniono wysokotemperaturowymi badaniami eksperymentalnymi wyjaśniającymi sprzyjającą rolę skał macierzystych w tworzeniu rudy“, wyjaśnia koordynator projektu Shenghong Yang z Uniwersytetu w Oulu(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Badania w ramach projektu koncentrowały się zarówno na środowisku ryftowym, jak i „orogenicznym“, a więc warunkach, w których, odpowiednio, płyty tektoniczne rozdzielają się, wywołując zdarzenia sejsmiczne i tworzenie się magmy, lub zderzają się i deformują (tworząc góry). Badacze zidentyfikowali ponadto główne źródło metali w środowisku ryftowym – struktury zwane pióropuszami płaszcza (duże kolumny gorących skał unoszące się ku powierzchni z płaszcza). Naukowcy wyjaśnili również, w jaki sposób struktura litosfery (skorupa i górny płaszcz) może kontrolować tworzenie się określonych złóż. Badacze z projektu SEMACRET doszli do wniosku, że w warunkach orogenicznych subkontynentalny płaszcz litosferyczny i większa lotność magmy odgrywają ważną rolę w tworzeniu i wznoszeniu się magmy. „W ramach projektu udało nam się poprawić różne wskaźniki używane do przewidywania obszarów o wysokim potencjale dzięki wykorzystaniu niekonwencjonalnych danych geologicznych odzwierciedlających głęboką strukturę litosfery i procesy geologiczne“, zauważa Yang. Na przykład dane sejsmiczne zostały wykorzystane do badania potencjału głębokich zbiorników magmy.
Innowacyjne metody inwersji geofizycznej
Co istotne, badacze z projektu SEMACRET opracowali innowacyjne „metody inwersji geofizycznej“ niezbędne do poszukiwania minerałów o niskim wpływie na środowisko. Te techniki matematyczne umożliwiają szacowanie właściwości podpowierzchniowych na podstawie pomiarów geofizycznych wykonanych na powierzchni lub w jej pobliżu. Na przykład „pasywne obrazowanie sejsmiczne o niskim wpływie na środowisko jest powszechnie stosowane do obrazowania głębokich struktur Ziemi. W naszym projekcie opracowaliśmy innowacyjną metodę inwersji ukierunkowaną na ciała rudy w płytkiej skorupie ziemskiej na głębokości kilku kilometrów“, wyjaśnia Yang. W ramach projektu SEMACRET opracowano również metody optymalizacji inwersji elektromagnetycznej 3D i „pełnotensorowej gradiometrii magnetycznej“ – stosunkowo nowej metody używanej do poszukiwań. Indukowana polaryzacja jest kolejną geofizyczną techniką inwersji, która jest bardzo przydatna w przypadku złóż o niskiej zawartości siarczków, gdy sygnał elektromagnetyczny nie jest widoczny. „Badania indukowanej polaryzacji prowadzi się zazwyczaj w warunkach naziemnych. Tymczasem w projekcie SEMACRET sygnał indukowanej polaryzacji został wyodrębniony z bardziej wydajnych i mniej czasochłonnych danych elektromagnetycznych uzyskanych z powietrza“, podkreśla Yang. Zespół opracował ponadto wtyczkę QGIS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) integrującą przetwarzanie danych, inwersję i wizualizację danych elektronicznych i elektromagnetycznych, aby wspierać inne zespoły pracujące nad zrównoważoną eksploracją.
Modelowanie 3D potencjału występowania złóż z wykorzystaniem baz danych rdzeni wiertniczych
Ponadto, „w ramach projektu SEMACRET udało się opracować oparte na uczeniu maszynowym metody modelowania 3D potencjału występowania złóż i modelowania występowania zasobów dla złóż siarczku niklu i miedzi w oparciu o bazy danych rdzeni wiertniczych“, dodaje Yang. Mogą one przyczynić się do znacznego ograniczenia wierceń w poszukiwaniu złóż metali. Projekt SEMACRET pomógł w opracowaniu zrównoważonych rozwiązań o niskim lub zerowym wpływie przeznaczonych dla sektora eksploracji minerałów w skali regionalnej i lokalnej. Powinny one wspierać firmy wydobywcze i decydentów politycznych w ich planach działania na rzecz zapewnienia zrównoważonych dostaw (krytycznych) surowców dla europejskiej zielonej transformacji.
