CC BY
210
УДК 550.812.1:550.813 А.В. Сергеев
ГЕНЕЗИС И РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЕСКОВ УДМУРТИИ И ИХ ОЦЕНКА КАК СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ
Рассмотрены пески на территории Удмуртии - условия их формирования и распространение по территории республики. Приведены основные точки зрения на генезис песков, охарактеризован состав, формы залегания, распространение, доля генетической группы песков среди известных в Удмуртии местонахождений. Впервые для Удмуртии произведено минерагеническое районирование республики по пескам. Выявлена приуроченность промышленных песков к склонам речных долин центра и запада республики. Предложен способ оценки минерально-ресурсного потенциала района с помощью коэффициента прогнозных ресурсов. Сырьевая база песков обеспечивает нужды республики в строительных растворах и строительных грунтах. Количество месторождений и проявлений с общими запасами и прогнозными ресурсами указано по состоянию на 01.01.2012 г. Указаны значительные колебания уровня добычи песков за последние 10 лет. Названы районы республики с наибольшими запасами и перспективами их воспроизводства (Якшур-Бодьинский, Игринский, Увинский). Кратко освещены проблемы, связанные с добычей песков - нелегальная разработка карьеров, нерациональное использование, нарушение лицензионных условий.
Ключевые слова: пески, аллювий, элювий, делювий, гляциофлювиальные, эоловые, фация, массив, месторождение, минерагения, запасы, ресурсы.
Песок — осадочная горная порода, а также искусственный материал, состоящий из зёрен горных пород и минералов, преимущественно из кварца. Песчаное сырье находит широкое применение в различных отраслях промышленности, например в металлургии (формовочные пески), но главным образом - в комплексе отраслей конструкционных материалов (производство строительных растворов, стекла, керамического и силикатного кирпича, насыпных грунтов). Наибольшее значение имеют строительные пески. Урбанизация создает предпосылки для увеличения объемов гражданского строительства, которое требует привлечения больших объемов строительных материалов, в том числе песка. Территория Удмуртии площадью всего 42 тыс. км2 располагает значительными запасами песков (почти 140 млн м3). Сырьевая песчаная база республики имеет большой промышленный потенциал. В этом немаловажную роль сыграли все природные факторы и время (история геологического развития, состав коренных пород, хорошо развитые речные долины, климат, поверхностные воды).
Аридные континентальные условия и рельеф конца пермского периода на территории современной Удмуртии способствовали формированию значительных объемов терригенных образований. В это время на дельтовой равнине Приуралья была развита густая речная сеть, о которой свидетельствует широкое распространение гравийно-песчаных пород в коренном залегании. Рыхлые песчаники пермской системы довольно неоднородны, содержат вредные примеси (слюда, глина), изобилуют линзами крепких монолитных песчаников, известково-песчаными конкрециями, прослоями алевролитов и гравелитов. По этой причине они имеют довольно ограниченное применение в промышленности (грунт на отсыпку, бутовый камень).
Благодаря особым климатическим условиям в четвертичном периоде существовали все условия для формирования месторождений и проявлений песков разного генезиса. Благодаря смене эпох оледенений и межледниковий периодически менялась водность рек, усиливалась деятельность временных водотоков и дефляции. В результате сформировалось несколько надпойменных аллювиальных террас, сложенных преимущественно песками, которые в криоксеротические фазы подвергались эоловой переработке. Последняя заключалась в транспортировке, гранулометрической и минералогической сортировке, концентрации в виде аккумулятивных форм рельефа (бугры, дюны). В настоящее время существуют условия для формирования месторождений песка преимущественно аллювиального происхождения. Таким образом, геологическая история территории Удмуртии привела к появлению залежей песков различных по генезису, условиям залегания и качеству сырья.
Генезис песков. Пески Вятско-Камского междуречья относятся к Камской терригенно-минералогической провинции, испытавшей значительное влияние Урала. Если генезис коренных песчаников пермской системы не вызывает сомнений (аллювий русловых и дельтовых фаций), то
происхождение четвертичных песков Волго-Уральской области не так однозначно. В силу литолого-фациального разнообразия и условий залегания четвертичных песков, обследования этих осадков геологами и геоморфологами различных (нижегородской, саратовской, казанской и пермской) школ, разный научно-технологический уровень и степень детальности исследований, традиционность взглядов обусловили появление множества точек зрения на происхождение песков. На основании обработки результатов поисковых работ советских времен, разведки последних лет, научной литературы и самостоятельных полевых и аналитических исследований существующие взгляды на генезис песков Удмуртии можно объединить в следующие группы: 1) аллювиальные отложения; 2) элювиальные и коренные образования; 3) флювиогляциальные отложения (согласно поправкам в геологической легенде 2005 г. - гляциофлювиальные [1]); 4) эоловые осадки; 5) перигляциальный делювий; 6) прочие представления.
1. Аллювий. Пермские песчаники и четвертичные пески аллювиально-руслового происхождения диагностируются достаточно легко. Они выполняют удлиненно-линзовидные геологические тела, приуроченные к руслу, пойме и надпойменным террасам. Протяженность залежей измеряется километрами, мощность - от долей до десятков метров. Для песчаных отложений характерна косая перекрестная слоистость, наличие базальной пачки крупнообломочного материала - гальки и гравия (в коренных песчаниках сцементированы в конгломераты и гравелиты), высокая степень сортировки (табл. 1). Причем крупнообломочная часть отложений содержит значительную долю карбонатных пород (до 21 %), что указывает на размыв местных коренных пород и является неблагоприятным фактором при использовании в строительных целях.
Зерновой и минеральный состав по разрезу и в плане обычно не выдержан. В гранулометрическом спектре существенно преобладает среднепесчаная фракция (модуль крупности 2-2,5 составляет 73,8-81,5 %) с примесью частиц гравийной размерности, и очень мал процент выхода алевритовой составляющей (0,1-0,4 %). Глинистая фракция (менее 0,01мм) в русле практически отсутствует. На прирусловой отмели размерность песков уменьшается до мелкого и очень мелкого (модуль крупности 1,0-2,0 составляет более 60 %), соответственно возрастает содержание глинистых и пылевидных частиц до 5 % и более. Пойменные фации аллювия, наиболее удобные для разработки, представлены уже супесями и суглинками.
Пески на 97-99 % состоят из минералов лёгкой фракции, по составу из прозрачного бесцветного кварца (40-72 %) и халцедона (14-28 %), в меньшем количестве встречаются молочно-белый кварц (12-14 %), кремни (9-10 %), в крупнопесчаных фракциях - обломки кварцевых пород (кварцитов, кварцитопесчаников, 3-9 %), карбонатов (3-5 %), метаморфических и магматических пород - роговиков, порфиритов. В целом в составе легкой фракции относительно увеличивается содержание аморфных гидроксидов железа (1-6 %) и ожелезненных зерен кварца (5-13 %) в мелкоалевритовой фракции и соответственно увеличивается содержание обломков кварцевых пород в крупнопесчаной фракции (до 27 %) (табл. 2).
Таблица 1
Гранулометрический состав песков
Фракция, мм Содержание, %
Коренные песчаники Аллювиальные пески Гляциофлювиальные пески Эоловые пески
более 1,25 0,1 19,9 0,0 0,0
0,63-1,25 0,4 6,7 1,1 0,06
0,315-0,63 52,2 43,3 25,1 2,9
0,315-0,16 34,3 28,1 59,4 14,2
менее 0,16 28,5 2,1 13,3 29,4
Степень, баллы окатанности 0 5 10 11
шероховатости 52 6 4
Число проанализированных проб 16 67 24 59
Примечание. Указаны максимальные значения показателей по изученным пробам.
Выход минералов тяжёлой фракции незначителен (0,2-0,6 %), что также указывает на русловой генезис. В составе тяжёлой фракции существенно преобладают механически и химически прочные зёрна. Как правило, минеральная ассоциация тяжелой фракции - эпидотовая с ильменитом и ставролитом (эпидот 60-66 %, ильменит 6-12 %, ставролит 2-8 %, гранат 3-8 %, гематит 3-7 %). Все зёрна минералов тяжёлой фракции имеют высокий балл окатанности (4-5) и практически не сохранили кристаллографической формы. Минеральный состав и типоморфные особенности минералов тяжёлой фракции свидетельствуют о том, что основным источником питания для обломочного материала исследуемых отложений являлись средне-верхнепермские отложения. В субаэральных условиях при формировании осадка значительную роль играли эпигенетические процессы, проявившиеся в появлении новообразованного гематита и гидрогётита.
Таблица 2
Минералого-петрографический состав песков
Содержание
Обломки пород, минералы Коренные Аллювиальные Гляциофлювиальные Эоловые
песчаники пески пески пески
песчаник 0,04 5,2 - -
кремни 33,81 29,2 15,58 17,1
фосфаты 23,25 - 0,35 0,73
эффузивные 1,0 5,5 0,59 0,66
легкая фракция
кварц 36,3 76,4 78,8 84,6
кремни 35,7 25,6 11,7 27,9
полевые шпаты 10,4 1,3 6,1 7,3
слюды 13,4 0,0 0,8 -
гидроокислы Fe 7,5 2,2 0,01 0,8
карбонаты 3,9 4,0 0,0 0,0
эффузивные породы 3,0 - 1,7 1,4
фосфаты 14,9 0,0 - -
тяжелая фракция
кремни 4,9 6,2 12,2
слюды 2,5 0,0 0,1 0,0
ильменит 8,6 12,2 15,9 4,0
магнетит 1,2 2,3 4,8 8,1
гематит 34,2 4,4 17,5 3,2
эпидот 42,5 75,3 71,2 60,1
ставролит 2,0 6,3 4,6 2,5
турмалин 0 1,1 1,5 1,6
амфибол - 0,8 0,8 1,1
гранат 0,7 6,1 7,0 6,6
гидроокислы Fe 21,0 1,1 6,2 6,4
эффузивные породы 5,0 - 0,2 0,1
фосфаты 25,9 0,5 1,5 3,4
Число проанализированных проб 7 9 5 11
Примечание. Указаны максимальные значения показателей по изученным пробам.
В гранулометрическом спектре минералов проявляется следующая тенденция - в мелких классах (мелко- и крупноалевритовые) большую долю занимают циркон, хромит, железорудные оксиды (ильменит - 42,2 %, гематит, магнетит), рутил; в средних - минералы групп эпидота и гранатов; в крупных классах (крупно-среднезернистые пески) преобладают эпидот, ставролит, гематит, гидрогётит.
2. Элювиальные и коренные образования. Пески, развитые на водораздельных пространствах, в Удмуртии встречаются не часто. Как правило, это элювий коренных песчаников, переход к которым проследить весьма затруднительно. Значительно реже это эоловые пылеватые пески, принесенные с
аллювиальных террас, которые рассматриваются ниже. Элювиальные пески представлены залежами выпуклой неправильной формы и непостоянной мощности. Они сложены плохо сортированным материалом, минералогически близким к подстилающим коренным песчаникам (полиминеральный состав, наличие зеленоватого оттенка медистых минералов, визуально хорошо различимой слюды и темноцветных минералов). Для частиц характерно отсутствие окатанных зерен (степень окатанности 0), форма их - неровная угловатая со слегка сглаженными краями (степень шероховатости достигает 52). Как правило, элювиальные пески имеют значительное содержание глинистых частиц (более 10 %).
Минералого-петрографический анализ показал повышенное содержание слабоустойчивых минералов и пород (песчаники и аргиллиты до 27 %, карбонаты до 4 %, фосфаты 15-26 %, слюда 2,2 %, серицит до 13 %). Их очень мало в песках, претерпевших существенную транспортировку и сортировку (фосфатов в аллювии до 0,5 %, в гляциофлювиальных отложениях до 0,4 %, в эоловых песках до 0,2 %, песчаники, аргиллиты, карбонаты и слюды отсутствуют). Содержание устойчивых минералов понижено (кварц 8-12 %, полевые шпаты до 10 %, кремни 4-10 %). Содержание эпигенетических минералов (окислы и гидроокислы железа и марганца 2-21 %) выше, чем в аллювии (0,6-1,1 %), что наряду с наличием диагенетических агрегатов (конкреций) свидетельствует о длительном гипергенезе.
3. Гляциофлювиальные отложения, то есть зандры донских и днепровских флювиогляциальных (водно-ледниковых) потоков, отображены на государственных геологических картах масштабов 1:200 000, 1:500 000 и 1:1000 000 [2]. Гляциофлювиальный генезис песков установлен в ходе выполнения геолого-гидрогеологических съемок нижегородскими и казанскими геологами, хорошо знакомыми с подобными образованиями в Поволжье. На картах крупные песчаные массивы, в пределах которых находится большинство промышленных местонахождений песков, трактуются как ранне- и среднечетвертичные зандровые поля, образованные талыми водами донского и днепровского ледников. Самые крупные залежи таких песков образовались в термоксеротические фазы межледниковий, то есть в периоды интенсивного отступания ледников, вероятно, донского (согласно государственной карте fs I dn, криушинская свита f I ks) и (или) днепровского века.
Гляциофлювиальные пески - это глинисто-алеврито-песчаные отложения, среднезернистые, слабосортированные, халцедон-кварцевые. В их составе повышено содержание зерен обломочных пород (до 24,11 %).
В данных песках также резко преобладает легкая фракция (99,17-99,56 %). В ее составе по сравнению с другими рассматриваемыми типами песков уменьшается содержание бесцветного прозрачного кварца (до 18,8 %) и соответственно увеличивается содержание молочно-белого кварца (до 36,2 %), халцедона (25,6 %) и обломков кварцевых пород (6,6 %), ожелезненных кварцевых зерен. Встречаются обломки метаморфических пород (0,66 %). Кроме того, в алевритовой фракции заметно возрастает концентрация аморфных гидроксидов железа (8,7 %) и оксидов марганца (0,2 %) гипергенного происхождения. Состав легкой фракции слабо меняется по размерным классам, хотя намечается общая тенденция - в мелкоалевритовой фракции относительно увеличивается содержание молочно-белого кварца (57,0-81,4 %) и соответственно уменьшается содержание прозрачного кварца (12,3-33,3 %).
Выход минералов тяжелой фракции значителен и почти всегда выше 1 % (до 65,5 %). Минеральная ассоциация - гематит-эпидотовая с ильменитом и гранатом, ильменит-эпидотовая с гематитом. Кристаллографические характеристики аналогичны таковым в аллювиальных песках, однако кристаллографическую форму сохранили зерна циркона, гранатов и новообразованного гематита. Минеральный состав тяжелой фракции незначительно меняется по размерным классам. В крупных классах относительно больше эпидота и ставролита, в средних классах - минералов групп эпидота и гранатов, а в мелких классах - железорудных оксидов (гематита до 17,5 %, ильменита, магнетита, хромшпинелидов), циркона и рутила. Минеральный состав и типоморфные особенности минералов тяжёлой фракции также свидетельствуют о средне-верхнепермском источнике питания (эпидот, ставролит, гранат, гематит, ильменит). Наличие небольшого количества неустойчивых минералов (апатита 0,4 % и слюды в легкой и тяжелой фракции по 0,1 %) указывает на то, что материнскими образованиями были коренные (минеральный состав) местные (незначительный путь транспортировки) песчаники, что наряду со структурно-текстурными особенностями также указывает на деятельность временных водотоков. Заметную роль при формировании осадка играли также эпигенетические процессы, проявившиеся в виде новообразованного гематита и гидрогётита [3; 4].
Таким образом, слабая гранулометрическая и минералогическая сортировка, высокое содержание алевритовой и глинистой фракции, ярко выраженная характерная флювиальная слоистость (не-
правильная волнистая, диагональная, косая), приуроченность к низменным формам рельефа, обширное распространение указывают на формирование, скорее всего, временными водотоками тающих ледников. Такие пески выходят на поверхность в верхней части склонов. Как правило, залежи этих песков имеют незначительную мощность (1-5 м), выражены невысокими (до 2 м) очень пологими (10-20°) изометричными и брахиморфными изолированными холмами. Подстилаются гляциофлюви-альные пески обычно коренными пермскими аргиллитоподобными глинами, реже - делювиальными супесями и суглинками.
Однако указанные структурно-текстурные и минералогические особенности характерны только для нижней (большей) части толщи, а сами закартированные массивы имеют покровное залегание, сплошным плащом пересекая речные долины в субширотном направлении, что характерно уже для эоловых осадков.
4. Эоловые осадки. Четвертая точка зрения в настоящее время пользуется наибольшим распространением в научной сфере Волго-Уральского региона. В ряде случаев она даже принимается геологами-практиками. Исчерпывающее обоснование эолового генезиса дано казанскими геоморфологами [5; 6]. Данными авторами указывается флажковая, облекающая форма залегания массивов, преобладание мелкозернистых фракций, закономерное уменьшение медианного диаметра частиц и увеличение доли песчаной фракции с запада на восток, матовая поверхность зерен, хорошая отсортирован-ность, развитие на них эоловых форм рельефа, отсутствие косой слоистости. Эти признаки однозначно указывают на эоловый генезис песков Кильмезского и Вятского массивов. Минералогический состав песков сходен с составом среднечетвертичного перигляциального аллювия р. Вятки.
Эоловые пески - это кварцевые алеврито-песчаные отложения с высокой степенью сортировки. В отличие от предыдущих генетических типов песков данные осадки часто содержат обугленные растительные остатки. В этих песках также резко преобладает легкая фракция (99,35-99,70 %). По сравнению с предыдущими типами песков возрастает содержание бесцветного прозрачного кварца (63,4-71,28 %) и соответственно уменьшается содержание молочно-белого кварца (10,50-40,55 %), халцедона (8,19-8,63 %), обломков кварцевых пород (1,84-8,93 %) и ожелезненных кварцевых зерен. В эоловых песках не отмечены обломки метаморфических пород. В алевритовой фракции достаточно велика доля новообразований (аморфных гидроксидов железа и оксидов марганца гипергенного происхождения). Соотношения минералов по размерным классам аналогичны таковым в гляциофлюви-альных песках.
Выход минералов тяжелой фракции очень незначителен, всегда ниже 1 % (0,30-0,74 %). В крупно-песчаной фракции (1,0-0,5 мм) тяжелая фракция полностью отсутствует, что типично для эоловых отложений. Минеральная ассоциация - эпидотовая с ильменитом и гранатом. Кристаллографические характеристики аналогичны таковым рассмотренных песков.
Минеральный состав тяжелой фракции незначительно меняется по размерным классам: в крупных классах относительно больше ставролита, в средних - минералов групп эпидота, гранатов, в мелких - железорудных оксидов (гематита, ильменита, магнетита, хромшпинелидов), циркона, рутила.
Особенности тяжелой фракции также свидетельствуют о верхнепермском источнике питания. Соотношения минералов по размерным классам аналогичны таковым в подстилающих песках. Следовательно, данные осадки сформировались в результате перевеивания аллювиальных и гляциофлю-виальных песков, сформированных за счет разрушения коренных песков и песчаников пермской системы [3; 4; 6].
Эоловые пески имеют покровный характер залегания. На рассматриваемой территории они образуют два крупных субширотных массива (Вятский и Кильмезский), выклинивающихся к востоку [2-5]. Большинство выявленных, оцененных и разведанных местонахождений (39 объектов - 66 % с запасами более 125 млн м3 - 87,8 %) располагаются в пределах этих массивов протяженностью десятки и сотни километров, где мощность полезной толщи может превышать 20 м. На первых и вторых надпойменных террасах речных долин данные пески мощностью несколько метров образуют характерные эоловые формы рельефа. Это изометричные бугры, маломощные плащи и дюны - кольцеобразные, параболические, продольные и поперечные. Первые два типа наиболее распространены, дюны же встречаются преимущественно на поверхности надпойменных террас. Нередко дюны объединяются в цепи протяженностью в сотни метров. Высота дюн местами достигает 10 м. Крутизна склонов дюн достигает 40°. Эти особенности указывают на эоловый генезис верхней генерации песчаных массивов.
В ряде случаев (27 % местонахождений, 4,8 % запасов) данные пески залегают на нижних речных террасах, что говорит об эоловой переработке верхнечетвертичного аллювия. На первой-второй надпойменных аллювиальных террасах мощность песков резко возрастает (15-20 м). Здесь эоловые формы выражены наиболее ярко. Они уверенно дешифрируются даже по топографическим картам 25000-го масштаба. Однако невысокий процент местонахождений говорит лишь о направленности поисковых работ, которые обычно не охватывают водоохранную зону рек, где добыча будет запрещена. В средней полосе Удмуртии практически все средние реки (Иж, Кильмезь, Вала и др.) и часть малых рек имеют надпойменные террасы с эоловой поверхностью - рельефом континентальных дюн. В остальных случаях - за пределами надпойменных террас выше по склону эоловой переработке подверглись гляциофлювиальные пески. Тем не менее они приурочены именно к субширотным массивам флажковой формы, берущим свое начало в долине р. Вятка, аллювий которой, как считается, подвергся эоловой транспортировке.
Таким образом, разрез песчаных массивов представлен как минимум двумя генерациями пе-ригляциальных отложений. Верхняя (эоловая) часть толщи сложена кварцевыми песками, хорошо сортированными (фракция 0,25-0,1 мм составляет 60-80 % и более), тонко- и мелкозернистыми, с полированной поверхностью зерен, неслоистыми. Наряду с геоморфологическими признаками эти особенности указывают на эоловый генезис верхней генерации песчаных массивов. Этот горизонт песков относится к средне- и (или) верхнечетвертичным отложениям, возникшим в результате ветрового переотложения кровли подстилающих (гляциофлювиальных, аллювиальных) образований нижнего и (или) среднего неоплейстоцена, образующих нижнюю генерацию. Подстилающие отложения подверглись эоловой переработке в криоксеротические фазы оледенений, в период стабилизации насту-пания ледника. Особенно благоприятные условия для эоловых процессов сложились в осташковский век (позднеосташковская фаза). Эти пески залегают на первых надпойменных террасах и склоновых раннеосташковских делювиальных суглинках. Среднеплейстоценовый эоловый песок залегает на вторых надпойменных террасах и гляциофлювиальных песках, вероятно, днепровского или даже донского века.
Основываясь на условиях распространения, связи с другими типами отложений, можно выделить два основных этапа формирования песков.
На первом этапе, в донской либо днепровский век, происходил значительный ветровой вынос песка из речных долин, в первую очередь, с надпойменных террас долины Вятки. Убыль материала с поверхности террас компенсировалась привносом его за счет размыва коренных пород и намыва гля-циофлювиальных отложений.
Вторым крупным этапом выноса песка был позднеосташковский, когда основным источником материала были гляциофлювиальные образования. Это подтверждается наложением маломощных песчаных покровов на одновозрастные (без следов размыва и погребенных почв) довольно мощные гляциофлювиальные пески или на верхнюю генерацию склоновых суглинков раннеосташковского возраста или на поверхность первой надпойменной террасы. Это основной этап формирования эолового рельефа.
Вынос песка из речных долин в крупных масштабах закончился в конце позднего неоплейстоцена или в начале голоцена. Как показали радиоуглеродные датировки поселений человека в междюнных понижениях в бассейне Валы, эоловый рельеф окончательно сформировался 7-8 тыс. лет назад [5].
5. Перигляциальный делювий, залегающий на коренных песчаниках и четвертичных песках склонов речных долин, унаследует механических состав, что отражено в изданиях научного и прикладного характера (нормативные документы). Однако выдержанные делювиальные пески встречаются довольно редко, поскольку при делювиальных процессах неизбежно происходит обогащение склоновых осадков пылеватыми и глинистыми частицами. По этой причине делювиальные образования отличаются плохой сортировкой. Кроме того, формированию выдержанных делювиальных массивов препятствует густая эрозионная сеть территории Удмуртии. Пески отличаются очень плохой сортировкой, глинистостью, наличием дресвы, неясной волнистой слоистостью, небольшой мощностью (0,5-1,5 м). Перспектив делювиальные пески не имеют.
Таким образом, минералогический анализ показал, что рассмотренные песчаные осадки формировались в различных ландшафтных и динамических условиях, но все они являются продуктом разрушения и переотложения коренных песчаников пермской системы, образованных в свою очередь за счет размыва пород западного склона Урала.
Иные представления на происхождение песков территории Удмуртии. Следует упомянуть версию ряда геологов (например, А.А. Жарикова [7]), которая трактует песчаные массивы Вятско-Камского междуречья как среднеплейстоценовые лимно-аллювиальные отложения рек, подпружен-ных ледником, и аллювий каспийских ингрессий апшеронского века и раннего плейстоцена. В первом случае основные площади распространения осадков указаны в долинах южной части республики, что предполагает наличие покровного ледника в северной половине территории Удмуртии. Однако исследованиями установлена южная граница максимального оледенения значительно севернее границ республики. Во втором случае массивы аллювиальных отложений занимают не только низменности западных долин, но и водораздельные пространства, распространяясь на восток, что не характерно для аллювия вообще. Кроме того, в апшеронских ингрессионных осадках (достоверно не установленных в Удмуртии, но развитых в непосредственной близости - в долине Камы Татарии) большую роль играют пойменные и старичные фации, представленные суглинками, супесями и глинами. Нижнечетвертичные пески, вскрытые в погребенных врезах Камы на территории Удмуртии, изобилуют галькой, которая отсутствует в разрезах песчаных массивов, обозначенных авторами как апше-ронско-раннечетвертичный аллювий а^ар^ь Следовательно, данные пески имеют иной генезис.
Кроме того, пермскими геологами высказана точка зрения, согласно которой пески и песчаники по ряду признаков могут рассматриваться как песчаные флюидизиты [4]. Это еще один случай проведения аналогии с образованиями сопредельных территорий, несмотря на иные особенности геологического строения. Данные отложения имеют высокую степень сходства с породами, входящими в комплекс флюидизатно-эксплозивных образований неоген-четвертичного возраста, развитыми на территории Пермского края, Тиманской гряды, Республики Башкортостан. Песчаные флюидизиты -продукты деятельности высокофлюидных магм кимберлит-лампроитового ряда, сформированные на начальной стадии активизации флюидизатно-эксплозивной системы. Внедрение перегретого парогазового флюида из магматического очага производит дезинтеграцию и эксплозивный выброс флюи-дизированной «песчаной массы» с незначительной примесью пеплового материала на дневную поверхность. Кстати, участие пеплового материала в составе уржумских отложений в пределах Ижевска упоминается и некоторыми казанскими геологами.
Весьма характерные для наших коренных и неоген-четвертичных песчаников и песков типичные флювиальные (русловые линзы, русло-пойменные пластообразные тела) и эоловые (плащеобраз-ные) формы залегания трактуются как дайки и штокверки ксенотуффизитов, чашеобразные кальдеры диатрем и маар.
Авторами данной точки зрения указываются следующие особенности кристаллов устойчивых минералов: высокая степень сферичности обломков, большое количество частиц с «леденцовой» поверхностью, ориентированный рутил, планарные элементы, деформации, а также осветление псефо-псаммитовых обломков рассматриваются как результат гидротермального и ударного воздействия. С нашей точки зрения, упомянутые признаки являются следствием эоловой гранулометрической и минералогической сортировки, коррозии и химического выветривания, поскольку данные отложения являются сугубо континентальными аэральными и субаэральными образованиями. Многочисленные друзы кальцита в трещинах усыхания и порах псаммитов и псефитов, возникшие при фильтрации жестких гидрокарбонатных подземных вод, пермскими геологами рассматриваются в качестве субсогласных и секущих маломощных жил ксенотуффизитов, развившихся по системам контракционных трещин, заложенных в момент остывания флюидизитов.
Высокая степень консолидации фундамента, амортизирующее действие осадочного чехла мощностью 2-8 км, а также относительное спокойствие соседнего Урала обусловили отсутствие магматических явлений в четвертичном периоде на территории Удмуртии.
Таким образом, в целом песчаные отложения Удмуртии генетически можно рассматривать как флювиальные (аллювиальные, делювиальные) и гляциофлювиальные осадки, подвергшиеся гиперге-незу и эоловой переработке.
Пески республики относятся к трем геолого-промышленным (рудно-формационным) типам месторождений - аллювиальному, гляциофлювиальному и эоловому.
Сырьевая база песков. Согласно Территориальному балансу запасов твердых полезных ископаемых Удмуртской Республики по состоянию на 01.01.2012 г. в республике насчитывается 47 месторождений и 14 проявлений песков. Они располагают балансовыми запасами более 83,9 млн м3, забалансовыми запасами 39,2 млн м3 и прогнозными ресурсами 16,7 млн м3, итого 139,8 млн м3. Еже-
2014. Вып. 1 БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ
годная лицензионная добыча песков за последние 10 лет колебалась от 267 тыс. м3 (2009 г.) до 567 тыс. м3 (2011 г.), в среднем 392,1 тыс. м3. В целом добыча увеличивается (от 348 тыс. м3 в 2002 г. до 567 тыс. м3 в 2011 г.), хотя были существенные спады (288 тыс. м3 в 2006 г. и 267 тыс. м3 в 2009 г.) [810]. Объем нелегальной добычи не известен.
Среди месторождений и проявлений песка в Удмуртии достоверно аллювиальный генезис продуктивной толщи имеют 22 объекта (37,3 %) с запасами и ресурсами 19,8 млн м3 (13,84 %) официального фонда, то есть внесенных в Территориальный баланс запасов твердых полезных ископаемых. Наиболее активно добывается современный (голоценовый) аллювиальный песок на двух реках Удмуртии - Каме и Чепце. Особенно интенсивно он разрабатывается на прирусловых отмелях реки Чепцы и ее притоков, также известны на пойме и отмелях реки Кильмезь и ее притоков.
Известны единичные карьеры на водоразделах, где эпизодически и нелегально добываются элювиальные пески и коренные рыхлые песчаники, оставшиеся после выработки песчано-гравийной залежи. Запасы элювиально-коренных месторождений и проявлений по официальным 6 объектам (10,2 %) составляют более 1 млн м3 (0,78 %), то есть весьма незначительны. Перспективы прироста умеренные.
Подавляющее большинство разрабатываемых местонахождений располагаются в пределах двух субширотных массивов, полезная толща которых представлена гляциофлювиальными и эоловыми песками (30 объектов - 50,8 % с запасами более 122 млн м3 - 85,33 %). Технология их добычи гораздо проще и дешевле, по сравнению с русловыми и пойменными карьерами. По этой причине их разведанность значительно выше, чем изученность аллювиальных месторождений. Однако, учитывая стремление недропользователей снизить стоимость разведки, подсчету подвергались лишь верхние необводненные пески эолового происхождения. Нижняя, гляциофлювиальная часть разреза, как правило, не оценивалась. Следовательно, данный тип месторождений имеет достаточно высокие перспективы прироста запасов.
Львиная доля запасов песчаного фонда республики приходится на гляциофлювиально-эоловые месторождения - 30 объектов (50,8 %) объемом более 122 млн м3 (85,33 %).
Известно одно местонахождение песков (1,7 %, 75 тыс. м3 - 0,05 % запасов), полезная толща которого может считаться перигляциальным делювием.
Прогнозирование песков. Активная добыча песков приводит к быстрому истощению их разведанных запасов. Этому в значительной степени способствует нелегальная разработка как стихийных карьеров, так и добыча за пределом лицензионного контура легальных карьеров. Таким образом, обостряется актуальность поисков песчаного сырья. Поисково-оценочные работы на пески крайне необходимы для воспроизводства минерально-сырьевой базы республики. Поисковым работам предшествует прогнозирование [11].
Сначала проводится комплексный анализ фондовых и картографических материалов. Его результатом должен стать научный прогноз возможных площадей присутствия промышленных скоплений песков.
На основе анализа геологических, геоморфологических и топографических карт Удмуртии выявляются довольно четко выраженные массивы песков, приуроченные к эолово-гляциофлювиальным и аллювиальным фациям четвертичного возраста. Первые простираются в широтном направлении в южной и центральной части республики. Именно в пределах центрального (Вятского) массива разведано и разрабатывается большинство месторождений песка в республике. Следовательно, первоочередные поисково-оценочные работы на пески должны проводиться в пределах этого массива. Вторые, аллювиальные фации, приурочены к террасовому комплексу и руслу средних и крупных рек. Таким образом, наибольшим потенциалом обладают западные (Селтинский, Сюмсинский, Увинский, Кизнерский) и прикамские (Сарапульский, Каракулинский, Камбарский) районы, а также Якшур-Бодьинский район.
Генетически обусловленные литолого-фациальные особенности псаммитов помогают прогнозировать пространственное распределение месторождений. Выделяя фации на предварительно оконтуренных площадях по картам четвертичных отложений и топографическим картам, можно конкретизировать границы перспективных участков.
Условные обозначения: 1 - аллювиальные районы; 2 - вероятные аллювиальные районы; 3 - аллювиальные поля; 4 - гляциофлювиальные и эоловые районы; 5 - гляциофлювиальные и эоловые поля; 6 - номера районов; 7 - номера полей. Цифрами указаны: 1 - Чепецкий район (поля: 1.1. Нижне-Чепецкое, 1.2. Средне-Чепецкое, 1.3. Верхне-Чепецкое); 2 - Камский район; 3 - Вятский вероятный район; 4 - Кильмезский вероятный район; 5 - Вала-Увинский вероятный район; 6 - Ижевское поле; 7 - Воткинское поле; 8 - Кильмезский район (поля: 8.1. Малягуртское, 8.2. Селтинское, 8.3. Сюмсинское); 9 - Вятский район (поля: 9.1. Подмойское, 9.2. Якшур-Бодьинское, 9.3. Кизнерское, 9.4. Можгинское)
Месторождения песка и перспективные площади сконцентрированы в пределах выделенных нами минерагенических районов и полей (рис.). Однако половина разрабатываемых месторождений находится в черте одного поля - Якшур-Бодьинского. Здесь расположены крупнейшие в республике разведанные месторождения наиболее качественного песка вблизи главного потребителя - Ижевска. Именно сочетание благоприятных географических факторов (наличие песчаного массива, магистрали, близость столицы) обусловило наибольшую разведанность песков в Якшур-Бодьинском административном районе (58 % запасов песков УР). Вторым районом по разведанным запасам является Иг-ринский (30 %), третьим - Увинский (6 %) район.
С минерагенической точки зрения, площади развития песков республики входят в состав мине-рагенической провинции Восточно-Европейской (Русской) платформенной плиты, Предуральского бассейна, Вятско-Камской внеледниковой терригенной зоны. В пределах данной зоны в Удмуртии при прогнозировании нами выделено несколько рудных районов (местных скоплений месторождений, обусловленных приуроченностью проявлений к определенным литолого-фациальным обстанов-кам) и полей (сближенных одновременно образовавшихся генетически родственных месторождений, приуроченных к конкретным геологическим структурам).
Районы установленных местонахождений песка аллювиального геолого-промышленного типа: Чепецкий (поля - Нижне-Чепецкое, Средне-Чепецкое, Верхне-Чепецкое), Камский, а также Ижевское и Воткинское поля; районы вероятных местонахождений - Вятский, Кильмезский и Вала-Увинский (рис.). В каждом из выделенных районов имеются разведанные месторождения четвертичных аллювиальных песков, преимущественно русловых. Следовательно, в пределах долин соответствующих рек можно уверенно прогнозировать промышленные залежи песков, приуроченные к прирусловым отмелям, побочням, в меньшей степени - перекатам и поймам, а также террасовым комплексам. В Чепецком районе наиболее перспективны прирусловые отмели и побочни, в Камском и Вятском -практически всё русло и местами надпойменные террасы, в Кильмезском и Вала-Увинском - отмели и пойма. Выделенные внутри районов рудные поля охватывают группы месторождений вблизи райцентров. По этому же принципу выделены самостоятельные Ижевское и Воткинское рудные поля, приуроченные к коренным аллювиальным рыхлым песчаникам. Данные местонахождения прогнозировать значительно сложнее, поскольку обнажения песчаников локальны, залежи не выдержаны по простиранию, а сами русла пермских рек не прослежены.
Районы местонахождений песка гляциофлювиального и эолового геолого-промышленных типов: Кильмезский (поля - Малягуртское, Селтинское, Сюмсинское) и Вятский (поля - Подмойское, Якшур-Бодьинское, Кизнерское, Можгинское). Данные районы приурочены к покровам песков, образованных за счет эоловой переработки аллювиальных и особенно гляциофлювиальных песчаных образований четвертичного возраста. Прогнозировать промышленные залежи этого типа не просто. Для этого необходимо использовать весь комплекс поисковых предпосылок, задействовать фондовый, картографический и полевой материал. Рудные поля выделены аналогично. Месторождения в их пределах разрабатываются наиболее активно, причем отработке подвержены преимущественно эоловые (верхние) части залежи.
На следующей стадии, после глубокого анализа геологических, геоморфологических и топографических (батиметрических) карт, на перспективных территориях проводятся поисковые работы с целью обнаружения полезного ископаемого. Общие поиски рекомендуется производить в пределах минерагенических районов, детальные поиски - в пределах минерагенических полей.
Затем на выявленных перспективных участках выполняются оценочные работы, проводимые с целью прослеживания и оконтуривания залежей полезного ископаемого. С помощью бурения и опробования оцениваются запасы песка данного местонахождения по категории С2 или Сь
В целях воспроизводства минерально-сырьевой базы песков УР и учитывая потребности строительства в пределах формирующейся Ижевской агломерации и Глазова, поисковые работы целесообразно ориентировать на Завьяловский, Сарапульский, Воткинский, Глазовский и Балезинский районы. Кроме того, перспективное планирование строительства концентрируется вдоль крупных магистралей и вокруг некоторых близлежащих населенных пунктов. В этой связи необходимо геологическое изучение полосы Елабуга-Можга-Ижевск-Игра-Дебесы, Игра-Глазов-Яр.
Оценить потенциальные ресурсы района можно с помощью прогнозного коэффициента [12; 13]. Для этого можно применять такие методы, как геолого-статистический и логико-вероятностный. В первом методе используется принцип аналогии с эталонным объектом. Применяется формула
Р _ КVCD 2 100%
где К - коэффициент подобия; V- объем продуктивной толщи в тыс. м3; С - среднее содержание полезного ископаемого в %; D - объемная масса полезного ископаемого в т/м3.
Логико-вероятностный метод базируется на сходстве прогнозно-поисковых критериев, геологических факторов при сравнении с эталоном. Количественная оценка прогнозных ресурсов полезных ископаемых например, по категории Р2, производится по формуле
V О
Г) °0 о ^ ПБ
Р2 _-ЗЭ-, тыс. т,
^Э ОЭБ
где 80 и ^ - площади прогнозируемого и эталонного объектов; 0ПБ - сумма относительных баллов прогнозируемого объекта; 0ЭБ - сумма относительных баллов эталонного объекта; ЗЭ - запасы полезного ископаемого эталонного объекта.
На одном из перспективных участков данными методами впервые для Удмуртии были оценены прогнозные ресурсы формовочных песков по категории Р2, утвержденные госэкспертизой [13].
Таким образом, используя коэффициент прогнозных ресурсов конкретного полезного ископаемого (например, для четвертичных эолово-гляциофлювиальных песков 0,25), можно существенно повысить эффективность поисково-оценочных работ и получить представление о ресурсах полезного ископаемого конкретного района.
Проблемы добычи песков в Удмуртии. К сожалению, практически повсеместно существуют стихийные карьеры, где ведется нерегулярная добыча как частными лицами, так и добывающими компаниями, которые быстро вырабатывают легко доступную часть залежи, нарушая закон и уродуя ландшафт.
Аллювиальные месторождения поймы и отмелей активно разрабатываются благодаря простой технологии разработки и ежегодному восполнению, что позволяет недобросовестным и нелегальным недропользователям и маркшейдерам скрывать реальный объем добычи. На Каме пески русла самостоятельно не разрабатываются. Иногда используются пески отсева, полученные путем гранулометрической сортировки («грохота») песчано-гравийной смеси, добытой на перекатах. Обычно пески отсева сбрасываются обратно в русло, значительно усложняя естественный рельеф дна, условия судоходства и нереста. В долине Камы самостоятельных разведанных месторождений песка практически нет. Но при добыче песчано-гравийного материала в процессе обогащения значительная часть песков отсева уходит в «хвосты», что не рационально и наносит существенный вред судоходству и биопродуктивности реки, усложняет задачу поисков перспективных участков.
С добычей песков связаны и другие проблемы [14; 15].
1. Проблема нелегальной разработки карьеров. Подавляющее большинство выявленных карьеров оказываются нелицензионными. Нелегальными карьерами особенно богаты окрестности г. Ижевска и северные районы УР. Незаконная разработка приводит к изъятию земель из возможного пользования, искажению картины обеспеченности территории минеральными ресурсами, хищению государственной собственности.
Лучшим путем решения данной проблемы представляется государственный контроль в виде мониторинга с помощью дистанционного зондирования и последующих проверок. Такая схема работы занимает немного времени, имеет большой охват территории, позволяет оперативно реагировать на нарушения. В процессе обследования могут выявиться действующие нелегальные карьеры. Таким образом можно собрать информацию не только о нарушениях, но и данные, которые помогут в будущем направить поисковые работы.
2. Проблема нерационального использования песков заключается в применении кондиционного песка в качестве грунтов на отсыпку.
3. Проблема не выполнения недропользователями лицензионных соглашений в части геологического изучения, проектирования и учета добычи. Помимо нарушения законодательства о недрах, это затрудняет ведение государственного баланса и способствует теневой добыче.
Решение проблем нецелевого использования песков и несоблюдения лицензионных соглашений целиком и полностью зависит от активности контролирующих организаций (Геолконтроль Минприроды, Росприроднадзор и др.), проверки данных по предприятиям и законопослушности недропользователей. В этом плане особое внимание должно уделяться соблюдению лицензионных границ, объемов проектных потерь, комплексному использованию сырья, опережающего геологического изучения и ежегодного маркшейдерского обследования участка, разработке и реализации наиболее рациональной технологии добычи для каждого конкретного месторождения (практика показывает очень широкое распространение шаблонов, причем устаревших). Также можно провести проверку данных по предприятиям и подходить более жестко к «должникам» - не предоставление отчетности является основанием для закрытия лицензии.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Уланов Е.И., Писанникова Е.Л., Чумаков О.Е. Легенда Средневолжской серии листов государственной геологической карты Российской Федерации масштаба 1: 200 000 (изд. второе). Объяснительная записка. Н. Новгород, 2005.
2. Государственная геологическая карта Российской Федерации масштаба 1:1000000. О-(38), 39 Киров (новая серия). СПб.: ВСЕГЕИ, 1999.
3. Сергеев А.В. К вопросу генезиса песчаных массивов Удмуртии // Материалы XXVII пленарного межвузовского координационного совещания по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов. Ижевск: Изд-во Удм. ун-та, 2012. С. 173-174.
4. Головков И.Г., Сергеев А.В., Рыбальченко А.Я. Геолого-минералогическое исследование песков на территории Ижевской агломерации (2-й этап), выполненный ООО НПП «Геомониторинг» в 2012 г. Ижевск: ТФГИ, 2012.
5. Бутаков Г.П. Плейстоценовый перигляциал на востоке Русской равнины. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1986. 144 с.
6. Дедков А.П. Экзогенное рельефообразование в Казанско-Ульяновском Поволжье. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1970. 255 с.
7. Жариков А.А. Составление гидрогеологической карты (первого от поверхности водоносного горизонта), карты четвертичных отложений, геоморфологической и новейшей тектоники на территорию Удмуртской АССР масштаба 1:500 000, выполненной тематической партией в 1985-1989 годах. Саратов, 1989.
8. Дурнев С.С. Территориальный баланс запасов нерудных полезных ископаемых Удмуртской Республики на 01.01.2012 г. Ижевск, 2013. 140 с.
9. Сергеев А.В. Территориальный баланс запасов нерудных полезных ископаемых Удмуртской Республики на 01.01.2010 г. Ижевск, 2010. 133 с.
10. Сергеев А.В., Сергеева В.А. Программа геологического изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы на 2008-2010 гг. по Удмуртской Республике (общераспространенные полезные ископаемые). Ижевск, 2007. 70 с.
11. Сергеев А.В. Прогнозирование общераспространенных полезных ископаемых на территории Удмуртии // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Биология. Науки о Земле. 2008. Вып. 1. С. 115-121.
12. Сергеев А.В. Оценка ресурсов песка с помощью прогнозного коэффициента // Материалы XXXIII Пленума Геоморфологической Комиссии РАН «Геоморфология и картография». Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2013. С. 246-250.
13. Сергеев А.В. Отчет о предварительных результатах поисковых работ на формовочные пески в Якшур-Бодьинском районе Удмуртской Республики, выполненных в 2009-2011 гг.: рукопись. Ижевск, 2012. 118 с.
14. Сергеев А.В. Проблемы добычи нерудных полезных ископаемых в Удмуртии // Экологическая геология: научно-практические, медицинские и экономико-правовые аспекты: материалы Междунар. науч.-практ. конф. Воронеж, 2009. С. 310-313.
15. Сергеев А.В. Проблемы минерально-сырьевой базы Удмуртской Республики // Природно-ресурсный потенциал Республики Татарстан и сопредельных территорий. Казань: Изд-во ТГГПУ, 2007. С. 54-57.
Поступила в редакцию 20.11.13
A. V. Sergeev
GENESIS AND SPREAD OF THE SANDS OF UDMURTIA
The article examines the sands in Udmurtia, conditions of their formation and spread across the territory of the republic. The basic points of view on the genesis of sands are given as well as their composition, forms of occurrence, distribution, proportion of the known localities are described. For the first time the mineragenous zoning by the sands have been done for Udmurt republic. The method for evaluating the mineral resource potential of the area by a factor of forecast resources has been offered. The raw material base provides the needs of the republic in mortars and building soil. The number of deposits and occurrences with common stocks and resources are indicated as on 01.01.2012. Significant fluctuations in sand mining for the last 10 years are shown. The regions of the republic with the largest reserves and prospects for their reproduction (Yakshur - Bodyinskiy , Igra , Uva ) are indicated. The paper also deals with the problems associated with the extraction of sand - illegal quarrying , irrational use , violation of license terms .
Keywords: sands, alluvium, eluvium, talus, glyatsioflyuvialnye, aeolian, facies array field, metallogeny, reserves, resources.
Сергеев Александр Владиславович, кандидат географических наук, доцент кафедры геологии нефти и газа
ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» 426034, Россия, г. Ижевск, ул. Университетская, 1 (корпус 7) E-mail: cylph@rambler.ru
Sergeev A.V., Candidate of of Geography/PhD, Associate Professor of the Department of geology of oil and gas
Udmurt State University
Universitetskaya str., 1/7, Izhevsk, Russia, 462034 E-mail: cylph@rambler.ru
