иркутский национальный исследовательский технический университет
 Скачать 0.7 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра прикладной геологии, геофизики и геоинформационных систем Геодинамические условия формирования полезных ископаемых Месторождение СУБР Выполнил ст. гр. РМ-18-1 Хартанов Л.О. Проверила Мальцева Г.Д. Иркутск 2021 г Содержание Североуральский бокситовый рудник компании РУСАЛ — один из основных поставщиков боксита в России. Предприятие основано 2 апреля 1934 года и расположено в городе Североуральск на севере Свердловской области (рисунок 1).  Рисунок 1. Расположение. Сегодня в СУБР входят 3 мощных шахты: Кальинская, Ново-Кальинская и Черемуховская-Глубокая (рисунок 2).  Рисунок 2. Североуральский бокситоносный рудник. Структурно-геологическая модель  Северо-Уральские бокситовые месторождения в региональном структурном плане приурочены к западному крылу Тагильского мегасинклинория.Район бокситовых месторождений находится на стыке двух структурно-фациальных зон: западной (Петропавловской) и восточной (Турьинской). Граница между зонами тектоническая и в большей своей части совпадает с Крутоловско-Коноваловским надвигом. В пределах Петропавловской структурно-фациальной зоны сосредоточены все известные крупные месторождения высококачественных бокситов среднедевонского возраста Уральского региона. Тектоническое строение района отличается значительной сложностью. В пределах месторождений породы моноклинально падают на восток под углами 25-35о. Моноклиналь осложнена многочисленными пострудными и дорудными дизъюнктивными нарушениями, которые придают структуре рудных полей блоковый характер. Дорудные дизъюнктивы, как правило, имеют весьма сложное строение и более крупные размеры, нежели пострудные (в плане их длина достигает 4-8 км, а вертикальная амплитуда смещения - 350-450 м). Восточная граница оруденения в большей своей части контролируется региональной тектонической структурой – Крутоловско-Коноваловским надвигом. В процессе эксплуатации месторождений СУБРа вскрывается множество мелких тектонических нарушений. Форма их довольно разнообразная, но для большинства характерны крутые углы падения от 50 до 800 (70 %). Подавляющее число нарушений (90 %) имеет протяженность до 100 м и характеризуется амплитудами смещения до 10 м (94 %). На описываемой территории широко развиты комплексы интрузивных, эффузивно-пирокластических и осадочных горных пород силурийского и девонского возрастов, причем в разрезе девона доминируют карбонатные отложения. Верхнесилурийские отложения (сосьвинская свита - S22). Силурийские отложения на рассматриваемой территории представлены эффузивно-осадочными породами сосьвинской свиты. Нижняя часть свиты сложена туфоконгломератами, туфопесчаниками, туфосланцами с подчиненными прослоями порфиритов. Мощность этой толщи не превышает 600 м. Верхняя часть сосьвинской свиты представлена пироксен-плагиоклазовыми порфиритами с прослоями туфоконгломератов и туфобрекчий. Мощность толщи около 800 м. На широте Черемуховского месторождения, а также в обнажениях по рекам Сосьве и Колонге среди эффузивно-осадочных пород свиты изредка встречаются прослои известняков. Общая мощность свиты достигает 1400 м. Нерасчлененные силуро-девонские отложения (петропавловская свита S22-D1). Светло-серые и розовые известняки петропавловской свиты, непосредственно подстилающие субровский рудный горизонт, прослеживаются по всей площади месторождений бассейна, за исключением крайней северо-западной части Ново-Кальинского месторождения. Свита подразделяется на две толщи: нижнюю, представленную терригенными песчано-глинистыми породами, и верхнюю, сложенную рифогенными светло-серыми и розовыми известняками. Терригенно-карбонатная часть (сs S22-D1) свиты представляет собой чередование известняков, песчаников, сланцев, конгломератов. Выше по разрезу появляются темно-серые битуминозные органогенные и глинистые известняки (наибольшее распространение они получили на Черемуховском месторождении). Мощность описываемой толщи изменяется от 0 до 600 м. Минимальная вскрытая мощность нижней части свиты сs S22-D1 на Кальинском месторождении составляет 10 м. Верхняя толща петропавловской свиты (сS22-D1) сложена светло-серыми и розовыми массивными, участками брекчиевидными известняками рифогенного происхождения. Мощность верхней толщи свиты сS22-D1 изменяется от 100 м на севере Черемуховского месторождения до 1000 м на юге месторождения "Красная Шапочка". Среднедевонские отложения. Отложения среднего девона подразделяются на две свиты: вагранскую и черемуховскую. Вагранская свита D21. Субровский рудный горизонт (D21a) залегает на неровной закарстованной поверхности светло-серых известняков петропавловской свиты и перекрывается темно-серыми битуминозными известняками и глинистыми сланцами. По литологическому составу горизонт отчетливо подразделяется на две части: верхний подгоризонт зеленовато-серых пиритизированных слоистых бокситов и нижний подгоризонт красных бокситов. В основании рудного тела встречается известняково-бокситовая брекчия. Мощность рудного горизонта варьирует от 0 до 38,0 м. Горизонт темно-серых битуминозных известняков и глинистых сланцев D21в залегает согласно на зеленовато-серых бокситах, а там где рудное тело отсутствует - с угловым несогласием на светло-серых известняках петропавловской свиты. В северо-западной части Черемуховская месторождения описываемые породы непосредственно перекрывают конгломераты сосьвинской свиты. В составе горизонта преобладают битуминозные амфипоровые известняки, но на отдельных месторождениях (либо их участках) (на Черемуховском месторождении, в северной части Ново-Кальинского месторождения) значительную его долю составляют глинистые сланцы. Суммарная мощность горизонта изменяется от 10 до 70 м. На битуминозных известняках согласно, иногда с постепенными фациальными переходами залегают светло-серые, светло-розовые массивные известняки горизонта D21с. Изредка среди них встречаются брекчиевидные разности и маломощные линзы серых известняков. Мощность горизонта варьирует от 0 до 200 м. На светло-серых известняках горизонта D21с залегают серые и темно-серые слоистые (плитчатые) участками окремненные известняки горизонта D21d, подразделяемые в свою очередь на два подгоризонта. Нижний подгоризонт D21d1 представлен темно-серыми тонкослоистыми известняками с кремнистыми прожилками, либо прослоями темно-серых глинистых сланцев и алевролитов (мощностью 1-5 см). Верхний подгоризонт D21d2 сложен серыми толстослоистыми (толстоплитчатыми) известняками, которые залегают на тонкоплитчатых, а местами их фациально замещают. Толстоплитчатые известняки слабо окремнены и редко содержат прослои глинистых сланцев. Суммарная мощность горизонта D21d колеблется от 0 до 700 м, при этом мощность пачки "тонкоплитчатых" известняков чаще всего изменяется от 100 до 200 м, а мощность толстоплитчатых известняков от 0 до 500 м. Серые толстослоистые известняки подгоризонта Д21d2 вверх по разрезу постепенно, а иногда и с переслаиванием переходят в светло-серые, розовые известняки горизонта D21e. Мощность горизонта D21е изменяется в широких пределах. Черемуховская свита D21-D22. Отложения свиты подразделяются на три горизонта: богословский рудный горизонт D21а2, горизонт толстослоистых темно-серых битуминозных известняков D21в2 и горизонт светло-серых и серых известняков D22с2. На Черемуховском и Ново-Кальинском месторождениях богословский рудный горизонт отсутствует. Бокситовые руды и бокситовидные породы на этом стратиграфическом уровне фиксируются на месторождении "Красная Шапочка" и к северу от реки Сосьвы на Ново-Тренькинском месторождении. На участках, где богословский рудный горизонт D21а2 "выпадает" из разреза, темно-серые толстослоистые битуминозные известняки горизонта D21в2 с угловым несогласием перекрывают светло-серые известняки горизонта D21e. Общая мощность эйфельских отложений изменяется от 100 до 800 м. Темно-серые битуминозные известняки горизонта D21в2 сменяются светло-серыми и серыми массивными известняками горизонта D22с2. Мощность горизонта D22с2 варьирует в диапазоне 250-350 м, в редких случаях достигая 800 м. Верхнедевонские отложения. Верхнедевонские отложения в объеме франского яруса, распространенные в северной части Североуральского бассейна, объединены в кедровскую свиту. По литологическим признакам она подразделяется на два горизонта: нижний горизонт (D31а) песчано-глинистых сланцев с прослоями темно-серых известняков и верхний (D31в) - представленный светло-серыми массивными известняками. Мощность горизонта D31а изменяется от 0 до 400 м, горизонта D31в - от 0 до 200 м. Четвертичные отложения. Рыхлые четвертичные отложения аллювиального, делювиального и озерно-болотного происхождения залегают на неровной размытой поверхности палеозойских пород. Они представлены песками и гравием, суглинками, глинами с кварцевой галькой, плотными тонкослоистыми болотными глинами. Мощность четвертичных отложений изменяется от 0 до 100 м, но чаще всего не превышает 1-3 м. Геохимическая субмодель Химический состав основных разновидностей бокситов - пестроцветных, красных и боксит-колчеданов характеризуется схожестью содержаний глинозема, оксидов железа и титана, но по содержанию в них т.н. вредных примесей - кремнезема, серы и диоксида углерода отмечаются значительные вариации. Содержание кремнезема и диоксида углерода в пестроцветных бокситах и боксит-колчеданах в 1,5-2,0, а серы в 15-20 раз выше, нежели в красных бокситах. Принимая во внимание тот факт, что доля пестроцветных бокситов и бокситов-колчеданов не велика, признана нецелесообразной их селективная выемка, связанная с усложнением технологии горных работ. Валовая отработка совместно с красными пестроцветных и боксит-колчеданов повышает в товарной руде содержание вредных примесей: кремнезема на 0,2 - 0,7 %, серы на 0,4 - 0,8 %, диоксида углерода на 0,2 - 0,5 % и снижает содержание глинозема на 0,4 - 0,8 %. Сравнительный анализ содержаний основных бокситообразующих компонентов по отдельным месторождениям и участкам подчеркивает неоднородный характер внутреннего строения бокситовой залежи, проявляющийся в неравномерном распределении основных компонентов в плане. В меньшей степени отмеченное относится к глинозему, содержание которого по участкам мало отличается от среднего по СУБРу (54,7 %). Однако значительные вариации содержаний его "антипода" - кремнезема приводят к существенным отклонениям значений кремниевого модуля и приведенного глинозема (Апр.). Самым высоким модулем на рабочих и проектных горизонтах характеризуются бокситы месторождений "Кальинское" и "Ново-Кальинское" (средняя величина 20), а самым низким - участка "Восточная Залежь" месторождения "Красная Шапочка" (всего 12). На месторождениях "Черёмуховское" и "Ново-Кальинское", в пределах которых сосредоточено порядка 70 % оставшихся запасов СУБРа, отмечается улучшение качественных характеристик бокситов в целом по пластопересечениям с глубиной конкордантно (согласовано) с увеличением мощности бокситового пласта в этом направлении. Объяснение тому – уменьшение доли влияния "пестроцветных" бокситов, характеризующихся повышенным содержанием "вредных" примесей, на качество бокситов в целом по пластопересечениям. Так, на Черёмуховском месторождении доля "пестроцветных" бокситов уменьшается почти в 2 раза, с 25 % на рабочих горизонтах до 10 % на проектных. На Ново-Кальинском месторождении ситуация во многом схожая; доля "пестроцветных" бокситов с глубиной уменьшается на 3,6 %; с 12,8 % до 9,2 %. На месторождениях
Из компонентов так называемых "вредных примесей" наименьшие вариации содержания присущи сере. Содержание её в бокситах всех месторождений практически одинаково - 0,8 - 0,9 %. В отношении карбонатов картина более сложная. Близкое к среднему по СУБРу содержание диоксида углерода (2,44 %) отмечается на Ново-Кальинском месторождении (2,50 %). На месторождениях "Кальинское" и "Красная Шапочка" величина упомянутого компонента, соответственно, 3,2 и 3,6 %, а на Черемуховском - 1,8 %. (рис. 1.2.6 – 1.2.9) Учитывая, что оконтурить участки с высоким содержанием вредных примесей с детальностью необходимой для обеспечения их селективной выемки затруднительно, оценка качественных характеристик запасов произведена на массу без ограничения содержания серы и диоксида углерода. Бокситы Черемуховского месторождения оказывают двойственное влияние на общее качество бокситов бассейна. С одной стороны они несколько ухудшают средний показатель по кремниевому модулю, но с другой - заметно улучшают качество по содержанию серы и диоксида углерода. Химический состав литологических разновидностей бокситов СУБРа (по материалам Северо-Уральской геологоразведочной экспедиции) Качество бокситов опре — деляется, прежде всего. Содержанием в них окиси алюминия (глинозёма) Al2O3 и крем — незёма Si O2. Отношение содержаний Al2O3 к SiO2 в боксите, выраженное в процентах, называется модулем. Содержание в руде глинозёма и кремневый модуль являются основным показателем качества боксита. Согласно стандарту, бокситы разделяются на сорта (марки). В основу разделения принят химический состав. Всего выделяется 10 марок. В конце ХХ века всё возрастающий спрос на алюминиевое сырьё создает трудности в обеспечении глиноземного производства только высококачественными бокситами и вынуждает переходить на использование руды более низкого качества. Если в 1930 году перерабатывались руды с содержанием глинозема не ниже 60%, то в 1950 — руды с содержанием его 50%, а в 1965 году — не ниже 40% глинозёма. У промышленных бокситов кремневый модуль должен быть выше 2. При модуле ниже 5,5 необходимо, чтобы снижение содержания Al2O3 происходило за счёт окиси Са, а не других вредных примесей. В боксите, используемом для производства глинозёма, ограничивается содержание серы: для марок Б — 1; Б — 2; Б — 7; Б — 8 не более 0,7% ; для марок Б — 3; Б — 4; Б — 5 не более 1% Кроме того в боксите содержание серы не должно превышать: для мартеновского произ — водства 0,2%; для производства глинозёмистого цемента 0,5%. Минералогическая субмодель Петрографическая субмодель Месторождения бассейна представляют собой тектонически обособленные участки единой крупной бокситовой залежи, прослеживающейся в субмеридиональном направлении. Форма рудного тела пластообразная. "Пласт" характеризуется ровным контактом с перекрывающими его темно-серыми битуминозными известняками и известково-глинистыми сланцами эйфельского яруса и крайне неровным нижним контактом со светло-серыми и светло-розовыми известняками жединского яруса. Значительные вариации сплошности и мощности рудной залежи объясняются сложными морфоструктурными особенностями подрудного рельефа. Для Черемуховского и Ново-Кальинского месторождений, занимающих в структуре бассейна северную позицию, отличительной особенностью является увеличение с глубиной мощности рудной залежи.На Черемуховском месторождении мощность увеличивается с 2,8 м (гор. – 620 м) до 9,4 м (гор. – 1220 м), на Ново-Кальинском – с 3,4 м (гор. – 590 м) до 6,4 м (гор. – 920 ÷ - 1100 м). На месторождениях "Кальинское" и "Красная Шапочка" тенденция увеличения мощности с глубиной проявлена менее отчетливо. В северной части Северо-Уральского бассейна в структуре рудных полей прослеживается полоса безрудий (на Черемуховском месторождении она приурочена к глубинам 700-1000 м, на Ново-Кальинском - к глубинам 700-1200 м). Для южной части бассейна характерно более равномерное распределение безрудных "окон", занимающих здесь порядка 25 % площади. С глубиной сплошность оруденения на месторождениях бассейна становится более выдержанной. В зависимости от сплошности оруденения, количества безрудных скважин и скважин с неустойчивыми мощностями (1,0-2,0 м) выделяются три морфологических типа оруденения - I (непрерывный), II (прерывистый) и III (сильнопрерывистый). При подсчете запасов для каждого типа оруденения принимаются соответствующие понижающие коэффициенты. Значения поправочных понижающих коэффициентов корректируются по отдельным участкам месторождений по мере накопления материалов по сопоставлению данных разведки и эксплуатации. Бокситовый горизонт по литологическому составу подразделяется на два подгоризонта (снизу вверх): подгоризонт "красноцветных" и подгоризонт "пестроцветных" бокситов. Основу субровского рудного горизонта составляет "красноцветный" подгоризонт, заключающий в себя 87 % запасов кондиционных руд. Над красными бокситами залегает обычно маломощный (0,3-0,4 м) слой (подгоризонт) пестроцветных бокситов. Рудная брекчия в основании промышленного пласта имеет ограниченное распространение, по качественным характеристикам не соответствует требованиям кондиций и к руде не относится. Красные бокситы по структурно-текстурным особенностям, находящим отражение в их физико-механических свойствах, подразделяются на ряд разновидностей: красные маркие, красные немаркие, яшмовидные, обесцвеченные и бокситы-колчеданы. Бокситы-колчеданы встречаются, главным образом, в пределах зон дробления, вблизи тектонических нарушений. Среди минералов, слагающих субровские бокситы, преобладают моногидраты глинозема (диаспор, бемит) – 60-65 %, оксиды и гидроксиды железа (гетит, гематит, магнетит) – 23-25 %; существенную роль играют карбонаты (кальцит, сидерит) – 7-8 %, алюмосиликаты (каолинит, лептохлорит – 5-8 %) и силикаты (кварц, халцедон) – около 0,5 %. Визитной карточкой СУБРа можно назвать так называемые «бокситовые шары» — шаровую отдельность бокситов. Но боксит является не минералом, а горной породой, состоящей из нескольких минералов. Поэтому для тех, кому интересны минералы «в чистом виде», можно предложить другую визитку – кальцит. Кальцит СУБРа, бесспорно, очень красив и многообразен.  Рисунок 3. Кальцит. Два сдвойникованных кристалла, из шахты «Красная шапочка».  Рисунок 4. Кальцит, пирит с побежалостью. Друза кристаллов из шахты «Кальинская». По роду службы мне регулярно приходится бывать в наших шахтах, благодаря чему в коллекции есть множество достойных образцов. Кристаллы кальцита в условиях нашего месторождения образовались на стенках карстовых пустот в известняках и изредка – в бокситах. Как известно, кальцит выделяется среди других минералов богатством простых форм, в которых он может кристаллизоваться — более двух тысяч. Наш кальцит – яркое тому подтверждение. Каких только форм ни встретишь! Не хочется перегружать неискушенного читателя специальными минералогическими терминами, достаточно сказать, что образец зеленоватого кальцита, взятый на южном фланге горизонта -770м шахты «Кальинская», состоит из крупных кристаллов одной формы, на которые позднее наросли кристаллы нескольких, совершенно иных форм. Условия образования месторождения Генезис месторождения Гипотеза образования месторождения. В очень далеком прошлом регион уральских гор был дном мирового океана. Дно океана (будущий контакт руды с лежачим боком) было не ровным — впадины чередовались с поднятыми участками. На дно океана постоянно ложились остатки животного и растительного мира. Отложение бокситов две теории образования: Химические соединения нескольких сходящихся растворов и оседающих после реакции на дно. Огромные запасы Североуральского бокситового бассейна и относительно выдержанные палеографические условия формирования рудного горизонта привели к образованию рудных залежей однообразных по строению, минеральному и химическому составу на различных участках бассейна. На всех участках и месторождениях бассейна рудный горизонт отчетливо разделяется на три литолого-стратиграфических подгоризонта (сверху вниз): -подгоризонт пестроцветных пиритизированных отчетливо слоистых бокситов, составляющих верхнюю часть горизонта; -подгоризонт преимущественно темно-красных бокситов; -подгоризонт бокситово-известняковой брекчии, залегающей в основании рудного пласта. Промышленное значение имеют первые два подгоризонта. Бокситы, слагающие подгоризонт пестроцветных бокситов залегают в виде выдержанного слоя на подгоризонте красных бокситов. Там, где последние выклиниваются серые ложатся непосредственно на известняки петропавловской свиты. Кверху серые бокситы постепенно или путем переслаивания переходят в темно — серые известняки и известкого — глинистые сланцы. Красные бокситы образуют самостоятельный подгоризонт. По внешнему облику это каменистые породы, окрашенные окислами Fe в различные темно-красные тона. Слоистость выражена слабо или совсем не заметна. По структуре бокситы делятся на конгломератовые, гравилитовые, песчаниковые и нелитоморфные. Бокситы, слагающие этот подгоризонт представляют собой основную промышленную ценность. Запасы этих руд — 88,2% В подгоризонте красных бокситов по структуре и цвету выделяют следующие литологические типы руд: маркие, немаркие, яшмовидные, обесцвеченные, порфировидные и бокситы — колчеданы. Подгоризонт известняково-бокситовой брекчии занимает промежуточное положение между красными и подстилающими светло — серыми известняками петропавловской свиты. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||