CC BY
0УДК 551.24:551.73
Т. П. Волкова, К. В. Репина, А. А. Петрова
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗОН ТРЕЩИНОВАТОСТИ ПОКРОВО-КИРЕЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ФЛЮОРИТОВЫХ
РУД
В статье изложены методика и результаты выделения зон трещиноватости по данным колонкового разведочного бурения в палеозойских породах Покрово-Киреевского месторождения флюорита, расположенного в зоне сочленения Донбасса с Приазовьем. Начальный уровень оконтуривания зон трещиноватости выполнен по описанию керна с последующей их заверкой изолиниями выхода керна на 12 разрезах.
Ключевые слова: флюорит, месторождение, скважины, керн, зоны трещиноватости.
Введение. Сравнительный анализ геологического строения многих месторождений флюорита показывает, что интенсивность оруденения в них напрямую зависит от трещиноватости пород [1]. Установлено, что подавляющее большинство гидротермальных месторождений и рудопроявлений расположено среди пород, подвергшихся катаклазу и дроблению в зонах разломов [1], [2], [3]. В породах с высокими прочностными свойствами, повышенной плотностью и низкой пористостью, находится очень небольшое количество (несколько процентов) проявлений, причем флю-оритовые жилы в них маломощны и незначительны по протяженности [3]. Контуры богатых руд совпадают в них с зонами интенсивной тектонической нарушенности пород. Здесь они становятся легко проницаемыми для гидротермальных растворови локализации руд. В связи с этим, при изучении гидротермальных месторождений флюорита актуальной является задача выделения зон трещиноватости.
Покрово-Киреевское месторождение находится в зоне сочленения Донбасса с Приазовским блоком Украинского щита в узле пересечения субширотного Южнодонбасского (Кумачёвско-го) и субмеридионального Грузско-Еланчикского глубинных разломов. Трудами нескольких поколений геологов [4]-[7] доказано, что формирование рудных тел на месторождении обусловлено разломно-блоковой тектоникой. Установлены от трех до пяти стадий формирования оруденения, связанными с процессами тек-тоно-магматической активизации региона. Первая дорудная стадия тектонических дислокаций выражалась дроблением пород с последующим внедрением даек ортофиров и кератофиров. На рудном этапе по тектонически подготовленным зонам дробления происходило внедрение фтороносных гидротермальных растворов. Таким образом, интенсивность процесса флюоритизации тесно связана с тектоническими преобразованиями вмещающих пород, выраженных несколькими стадиями дробления и брекчи-рования, блоковыми дислокациями, подтверждёнными зеркалами скольжения с отчетливо видимыми бороздами. Всё это способствовало более эффективному инфильтрационно-метасоматическому замещению минералов вмещающих пород при воздействии фторщелочных гидротермальных растворов [4].
Целью статьи является выделение зон трещиноватости в пределах Покрово-Киреевского месторождения флюорита для прогнозирования горно-геологических условий и водопритоков в горные выработки. Для этого необходимо на геологических разрезах и картах показать их положение для определения участков ослабления прочностных свойств пород, созданных системами и зонами трещин.
Материалы, методы. Геологический разрез месторождения представлен четырьмя ярусами разновозрастных пород (рис. 1). В нижней части геологического разреза залегают верхнедевонские отложения долгинской свиты, представленные переслаиванием алевролитов, сланцев и гравелитов. Выше по разрезу расположены карбонатные породы нижнего карбона с прослоями углисто-глинистых сланцев.
Рис. 1 - Геологический разрез и качественная оценка трещиноватости пород Покрово-Киреевского месторождения
Условные обозначения к рисунку 1:
1 - четвертичные красно-бурые глины и суглинки, 2 - неогеновые желтовато-серые разнозернистые кварцевые пески, глины, 3-5 - меловые образования: 3-4 - криволуцкая свита (К2кг): 3 - глауконито-кварцевые и кварцево-глауконитовые песчаники,
4 - известняк ракушечник, базальный конгломерат, 5 - покрово-киреевская свита (Кфк) вишнево-красные и бурые туфогенные глины; 6 - андезиты, андезитовые порфириты андезит-трахиандезитового комплекса (Р2-Тlat), 7 - послекарбоновые ке-ратофиро-ортофировые породы дайкообразные тела, 8 - нижний карбон, известняки турнейского и визейского ярусов, 9 -маркирующий горизонт песчаников нижнего карбона (С1Ш2), 10 -гравелит эффузивных пород, 11 - кератофиры, ортофиры антоновской свиты ^2-зап), 12 - ассоциация максимовских гранитов (AR2mks), 13-15 - рудные тела (тип руд): 13 - делювиально-пролювиальный, 14 - карбонатно-флюоритовый, 15 - карбонат-но-полевошпатово-флюоритовый, 16 - интенсивная прожилково-вкрапленная флюоритовая минерализация, 17 - тектонические нарушения: разломы - надвиги (а), сдвиги (б), 18 - изолинии рангов трещиноватости.
Палеозойские отложения перекрыты толщей мезозойских пород У2-Сп), на которых сверху залегают неогеновые кварцевые пески, глины и суглинки.
Начальная рудная стадия представлена гидротермальными зонами прожилково-вкрапленных брекчиевых руд, приуроченных к северо-западной части Рудного грабена Покрово-Киреевской структуры. Простирание зон северо-восточное под углом 20 °, падение северо-западное, крутое.
На следующей рудной стадии было сформировано Главное рудное тело, представленное метасоматической залежью в известняках турнейского яруса карбона. Оно ориентировано парал-ллельно гидротермальным зонам первой стадии, контролируется разломом северо-восточного простирания, падение северозападное по углом 45-55 ° [4].
Рудные тела приурочены к соскладчатым надвигам субмеридионального простирания, которые возникли в результате тектонических дислокаций. Оруденение локализовано в ослабленных, сильнотрещиноватых зонах, оперяющих главные тектонические нарушения. Рудная залежь со всех сторон ограничена тектоническими нарушениями.
На месторождении широко распространены сбросы и надвиги, большая часть которых отнесена к дорудному этапу. Установ-
лены и пострудные нарушения. Подтверждением их пострудного образования является смещение основного рудного тела по Главному надвигу и наличие обломков руды в зонах этих тектонических нарушений [5].
Пострудная тектоника проявлена наличием руд с брекчие-вой текстурой, в которых присутствуют обломки флюоритизиро-ванных известняков и кератофиров. Зоны смятия и трещиновато-сти наблюдаются как в самой рудной залежи, так и во вмещающих породах.
Рудообразующие гидротермальные процессы на месторождении совпали во времени с активными вертикальными перемещениями отдельных блоков пород по крупным тектоническим швам Южно-Донбасской системы глубинных разломов. Сложная тектоническая обстановка, обусловленная дорудными, внутри-рудными и послерудными блоковыми дислокациями, нашла свое отражение в образовании дорудных, внутриминерализационных и пострудных брекчиевых текстур флюоритовых руд [6], [7].
Трещиноватость массива скальных и полускальных пород является одним из основных факторов, которые необходимо учитывать при оценке горно-геологических условий будущей отработки месторождения. Наличие в массиве поверхностей ослабления в виде трещин резко снижает прочностные свойства скальных пород.
Плотность разновидностей пород на месторождении варьирует незначительно. Промышленные сорта флюоритовых руд характеризуются неодинаковыми физическими свойствами, в первую очередь, механической прочностью. Металлургические и рядовые руды отличаются высокой прочностью, не уступающей прочности вмещающих их известняков. Несмотря на высокую механическую прочность, эти руды сильнотрещиноватые. Безусловно, какое-то различие в прочности будет и среди рядовых руд в сторону повышения прочности в рудах карбонатно-полевошпато-оплавикового типа за счет примесей обломков ор-тофиров, которые более прочны, чем известняки. Делювиально-пролювиальные руды отличаются пониженной механической прочностью, т.к. в целом ряде случаев представлены песком или рассыпчатым песчаником флюоритового состава на глинистом
цементе. Понижение механической прочности для этих руд наблюдается снизу вверх по мере постепенного перехода от крепких до выветрелых руд. В месте перехода выветрелых руд в крепкие, механическая прочность первых будет выше, чем в целом для выветрелых руд, но трещиноватость также будет интенсивнее, чем для первых руд. Остальные физические параметры -удельный и объемный вес, крепость по буримости существенно отличаются для руд металлургического рядового и химического сортов. Физико-механические свойства пород и руд, полученные по данным предварительной разведки, приведены в таблице 1.
Выделение зон трещиноватости на описываемом месторождении выполнялось по данным разведочного колонкового бурения. При колонковом способе бурения о степени трещиноватости пород можно судить по выходу керна, числу трещин или размеров кусков керна на каждый погонный метр, наблюдений за расходом промывочной жидкости, измерения плотности пород на разных глубинах в скважине, водопритоками и пр. [8].
При изучении пород на Покрово-Киреевском месторождении количественные данные для выделения зон трещиноватости представлены выходом керна по каждой пробе и размерами столбиков керна, а также дебитом горизонтов подземных вод по разведочным скважинам.
Сначала интенсивность трещиноватости оценивалась на качественном уровне. С этой целью по документации керна проб проведено их ранжирование по интенсивности трещиноватости. Низший ранг «1» присваивался интервалу опробования материнских пород, не подвергавшихся тектоническому воздействию. Следующий ранг «2» назначался интервалам с наличием слабого гидротермального воздействия на исходные породы, представленного кальцитовыми прожилками, ожелезнением, сульфидиза-цией. Ранг «3» получили интервалы зон дробления, милонитиза-ции, брекчирования. Ранг «4» присвоен пробам сильнотрещиноватых пород с прожилками или цементом флюорита, вторичного кальцита. Максимальный по интенсивности трещиноватости ранг «5» выставлен для интервалов тектонических зон, представленных сильно дробленными и перемятыми породами с милонито-вым материалом, глинкой трения и зеркалами скольжения. По-
ложение пород одного ранга, изображённого в изолиниях, показан на рисунке 1.
Таблица 1 - Физико-механические свойства пород и руд Покрово-Киреевского месторождения флюорита
Свойства Вмещающие породы Сорта руды
Ортофир Известняк Металлургический Химический Рядовой
Плотность, т/м3 2,75 2,65 2,93-3,07 2,24-3,06 2,62-3,04
Удельный вес, т/м 3 2,8-3,2 2,7 2,97-3,18 3,14 2,80-3,16
о сж сухой, МПа 80-90 100-240 56-62 55-60 57-64
Влажность, % 0,1-1,5 2-3 0,35-3,3 0,3-2,8 0,3-3,4
Механическая прочность, МПа 80-120 50-90 48-80 45-76 50-85
Крепость по буримости VI VI VII-VIII III-VI (IV) VII-VIII
Количественным показателем трещиноватости горных пород может служить выход керна и степень раздробленности керна, определяемая размером столбиков керна в одном метре выхода керна [9].
Размеры кусков керна разведочных скважин в рудной зоне менялись в диапазоне от 1 метра до 1 сантиметра. В тектонической зоне по скважине 111 (см. рис. 1), в зоне дробления девонских ортофиров и кератофиров на глубине -100 м размеры столбиков керна менялись от 1 до 5 см, что соответствует удельной кусковатости раздробленных пород (см. табл. 1). В зоне дробления известняка (скв. 902г) столбики керна имели преимущественно длину 2-3 см, а при дроблении андезита их размер не превышал 5 см. Выход керна здесь был ниже 50 %. Эти породы соответствовали «5» рангу по интенсивности трещиноватости. Брекчиевая карбонат-флюоритовая руда по скважине 76 представлена столбиками 5-8 см, реже до 10 см. Удельная кусковатость в этом случае будет характеризовать породы как сильнотрещиноватые. Таким пробам при-
сваивался ранг «4» по трещиноватости. Результаты бурения по брекчированному известняку с наличием гнёзд флюорита и прожилков вторичного кальцита представлено столбиками керна размером около 30 см, что характеризует породы как трещиноватые. Эти породы соответствовали 3 рангу по интенсивности трещиноватости. По вмещающим породам (известняки и ортофиры), имеющим ранг «1» или «2» в соответствии с вышеприведенным описанием, получен монолитный керн с высоким (90 %) выходом. По скважинам рудной зоны были построены изолинии выхода керна (рис. 2).
Условные обозначения:
1 - дебиты подземных вод; 2 - изолинии выхода керна. Остальные условные обозначения см. рис. 1
Рис. 2 - Изолинии выхода керна по скважинам колонкового
бурения
По изолиниям выхода керна однозначно видно, что его значительное снижение происходит вблизи тектонических зон. Высокий выход керна по рудной зоне, несмотря на её положение вблизи нарушений, обеспечивается требованиями Государственной комиссии по запасам. Итоговая оценка трещиноватости пород месторождения приведена в таблице 2.
Результаты исследования и их обсуждение. Итоговая оценка трещиноватости пород месторождения приведена ниже в таблице 2.
Таблица 2 - Качественная и количественная оценка степени трещиноватости пород Покрово-Киреевского месторождения
Ранг горных Степень Критерии оценки степени
пород по трещиноватости трещиноватости пород
трещиноватости пород Удельная кус-коватость керна, шт/м Выход керна- Вкер, %
I Монолитные 1-5 100-90
II Слаботрещиноватые 6-10 90-80
III Трещиноватые 11-30 80-70
IV Сильнотрещиноватые 31-50 70-40
V Раздробленные > 51 < 40
Как известно, в терригенных, фациально-изменчивых толщах на фоне слабой водообильности пород выделяются участки значительного повышения дебитов в скважинах. Практика изучения подобных ситуация показывает, что, как правило, эти участки приурочены к долинам малых рек, и локализованы в узких линейных зонах шириной десятки и первые сотни метров [10]. Породы обычно характеризуются повышенной трещинова-тостью с гидрогеологическими показателями значительно выше, чем на прилегающих площадях. Вблизи Покрово-Киреевского месторождения протекает река Грузской Еланчик, которая берёт своё начало возле села Кумачово, и впадает в Азовское море. С ней частично связано увеличение водопритоков во вмещающие породы. Однако, изменчивость водообильности пород обусловлена не только структурно-тектоническим фактором, но комплексным действием целого ряда факторов, главными из которых яв-
ляются литологический, неотектонический и геоморфологический.
При изучении трещиноватости пород Покрово-Киреевского месторождения гидрогеологические опытные работы также использовались для сравнительной оценки трещиноватости горных пород. Дебиты по скважинам, вскрывшим водоносные породы, косвенно будут характеризовать степень трещиноватости (см. рис 2). Как видно на рисунке, наиболее значительные дебиты установлены вблизи тектонических нарушений. Ниже приведены характеристики горизонтов подземных вод (табл. 3).
Таблица 3 - Характеристики водоносных горизонтов
Показатели Стратиграфические отложения
неоген мел надрудная толща карбона рудная толща карбона подрудная толща девона девон
Мощность горизонта, м 3-42 6-44,8 24 45 26 40
коэффициент фильтрации, м/час 0,1124 0,1205 0,1303 0,123 0,0273 0,0206
Дебит, м3/час 4,32-21,5 12,2-34,2 3,9-46,8 0,6-30,2 18,3-31,2 3,3-10,8
Опытными откачками в геологоразведочных скважинах установлено, что в тектонических зонах значительного повышения водопритоков не происходит: дебит колеблется от 1,6 м3/час до 6,3 м3/час. а средний коэффициент фильтрации составляет 0,012 м/час.
В зависимости от ориентировки трещин в том или ином направлении и степени трещиноватости в пределах отдельных участков месторождения, может происходить изменение прочности пород, их деформируемости, устойчивости и водопроницаемости [8]. Оценка влияния трещиноватости на изменение свойств горных пород оценивается по характерным направлениям и сечениям. Это позволяет выяснить как неоднородность свойств пород, так и их анизотропность [9].
Опубликованные результаты полевых исследований трещиноватости доказывает её однотипность для всей зоны сочленения
Донбасса с Приазовьем. Здесь повсеместно развиты серии субвертикальных, субгоризонтальных и наклонных тектонических трещин. Их появление можно связать с тектоническим развитием в целом зоны сочленения Донбасса с Приазовьем и Покрово-Киреевской структуры [11]. Наиболее распространены в регионе разломы следующих простираний: 270 °, 295 °, 315 °, 330-340 °, 350-360 °, 20 °, 45 °, 65 °. Разнообразие простираний разломов обеспечивает и значительный разброс ориентировок трещин.
Данные замеров ориентировок трещин, сделанных при документации керна разведочных скважин, показывают весьма широкий диапазон их изменения - от субгоризонтальных до субвертикальных. На месторождении наиболее выражена система трещин, ориентированная к оси керна под углом 45 ° и составляющая 30 % всех замеров. Второе место по распространённости занимает ориентировка системы трещин под углом 70-75 °. Затем было проанализировано пространственное положение систем трещин на геологических разрезах. Предположительно, первая система трещин проявлена во всех типах пород и руд и связана с пострудными надвигами - Главным и Северным. Вторая система трещин является дорудной, поскольку приурочена к Основному и Второму Западному разломам.
Заключение. Таким образом, полученные оценки трещино-ватости по 12 разведочным разрезам позволяют сделать вывод о значительной сложности и тектонической нарушенности месторождения. В палеозойском структурном этаже интенсивно проявлена дизъюнктивная тектоника. При этом фиксируются как палеозойские, так и более молодые нарушения. Породы этого этажа интенсивно трещиноваты, особенно вблизи тектонических зон и содержат зеркала скольжения, глинку трения, милониты. С проявлением блоковой тектоники связана значительная нестабильность показателей трещиноватости по разрезам. Однако совместное применение рангового показателя и выхода керна позволяет провести их оконтуривание.
В условиях сложного тектонического строения месторождения для повышения эффективности и точности выделения зон трещиноватости целесообразно проводить геофизические, в частности электроразведочные (метод естественного поля) и грави-
метрические работы. Электроразведочные исследования позволяют прогнозировать гидрогеологические характеристики горных пород с локализацией зон активного водообмена. При этом локальные положительные аномалии фильтрационного естественного поля потенциалов связаны с зонами разгрузки подземных вод, а отрицательные - с участками поглощения [12]. Гравиметрические исследованиями позволяют трассировать и прослеживать по площади зоны разуплотнения и повышенной трещинова-тости пород, которые создают локальные минимумы гравитационного поля вследствие понижения плотности пород. Планируемое проведение геофизических работ на Покрово-Киреевском месторождении флюорита позволит не только уточнить положение зон трещиноватости на площади, но и связать с ними закономерности пространственного распространения сортов флюорито-вых руд.
Исследования проводились в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного задания (№ госрегистрации 1023020700022-32.7.5).
ЛИТЕРАТУРА
1. Волкова Т. П., Репина К. В., Агаркова Н. Г. Сравнительный геологический анализ флюоритового оруденения Покрово-Киреевского месторождения // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. -Донецк, 2022. - № 18 - 19 (33 - 34). - С. 36 - 50.
2. Котова Н. П., Абрамов Б. Н. Флюоритовые месторождения Восточного Забайкалья // Вестник ЧитГУ. - № 1(52). - 2009. - С. 55-62.
3. Файзиев А. Р. Условия образования флюоритового оруденения в рудных полях Таджикистана // Условия локализации сурьмяно-ртутного и флюоритового оруденения в рудных полях: Сб. науч. тр. - Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. - С. 153159.
4. Юрк Ю. Ю., Гуров Е. П., Гурова Е. П. Особенности минералогии фтора Украинского кристаллического щита. - Киев: Наукова думка, 1973. - 181 с.
5. Шаталов Н. Н. Тектоника Покрово-Киреевской структуры Приазовья // Доповщ НАН Украши. - 2015. - № 5. - С. 111118.
6. Фанерозойский магматизм Восточного Приазовья Украинского щита и связанные с ним полезные ископаемые (петрология, геохимия и рудоносность): монография [Текст] / Е. М. Шеремет, С. Г. Кривдик, Н. А. Козар и др.; под ред. акад. НАН Украины А. Н. Пономаренко. - К.: ЦП «Компринт», 2015. -318 с.
7. Возняк Д. К., Пономаренко А. Н., Самчук А. И., Стреко-зов С. Н., Бельский В. Н., Косоруков А. А. Особенности образования Покрово-Киреевского месторождения плавикового шпата в Приазовье (Украинский щит) // Минералогический журнал. -2017. - 39 (1) - С. 75-83.
8. Ольховатенко В. Е. Методы изучения трещиноватости горных пород [Текст]: учебно-методическое пособие для самостоятельной работы по курсу «Инженерная геология» / В.Е. Оль-ховатенко, Г.И. Трофимова, Т. В. Ожогина. - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2015. - 80 с.
9. Тян С. Г., Долгоносов В. Н. Изучение трещиноватости пород на месторождении «Северный Катпар» // «Молодой учёный». - № 20 (310). - Май 2020 г. - С.145-150.
10. Иконников Е. А., Катаев В. Н., Ермолович И. Г. Повышение эффективности выделения водообильных трещинных зон в фациально-невыдержанных песчано-глинистых толщах // Материалы научной конференции «Комплексные проблемы гидрогеологии». - Санкт-Петербургский гос. ун-т, Санкт-Петербург, 2011. - С. 72-74.
11. Шаталов Н. Н. Структурно-геологические условия локализации штоков и даек андезит-трахиандезитового комплекса зоны сочленения Донбасса с Приазовьем // Мшеральш ресурси Украши. - 2013. - № 2. - С. 27-31.
12. Бычков С. Г., Катаев В. Н., Митюнина И. Ю., Степанов Ю. И. Разработка комплекса геолого-геофизических методов для выделения водообильных участков // Вестник Пермского университета, 2018. - Т. 17, №4. - С. 379-385.
Волкова Татьяна Петровна, доктор геологических наук, профессор, заведующий геологическим отделом, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, voltep@rambler.ru.
Репина Ксения Владимировна, ведущий геолог геологического отдела, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, ecoseka@rambler.ru.
Петрова Алёна Александровна, геолог второй категории геологического отдела, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, alena.petrova_1994@mail.ru.
INVESTIGATION OF FRACTURE ZONES OF THE POKROVO-KIREEVSKOE DEPOSIT OF FLUORITE ORES
The article describes the methodology and results of the allocation of fracture zones according to the data of core exploration drilling in Paleozoic rocks of the Pokrovo-Kireevskoye fluorite deposit, which is located in the junction zone of Donbass with the Priazovye. The initial contouring level of fracture zones is made according to the description of the core with their subsequent wrapping by isolines, which are made on 12 sections.
Keywords: fluorite, deposit, wells, core, fractured zones.
Volkova Tatyana Petrovna, Doctor of Geological Sciences, Professor, Head of the Geological Department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, voltep@rambler.ru.
Repina Ksenia Vladimirovna, leading geologist of the geological department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, ecoseka@rambler.ru.
Petrova Alena Aleksandrovna, geologist of the second category of the geological department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, alena.petrova_1994@mail.ru.
