CC BY
9
ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ ГЕОЛОГИЯ
УДК 553.611:550.837.311 (470.44)
ИССЛЕДОВАНИЯ УСЛОВИЙ ЗАЛЕГАНИЯ И СВОЙСТВ ГЛИН СУЛАКСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2014 г. О. Д. Смилевец
Саратовский государственный технический университет
Исследования выполнялись на участке Детально изученное месторождение приу-
площадью 8 га, предназначенном под карьер- рочено к широкой надпойменной (Хвалын-
ные разработки глины и расположенном ря- ской) террасе речной долины реки Большой
дом с детально изученным месторождением, Иргиз. Ширина этой левобережной терра-
находящимся на левом берегу реки Большой сы в окрестностях поселка Сулак достигает
Иргиз. Участок имеет форму многоуголь- 5-6 км. Вверх и вниз по реке от этого пункта
ника, несколько вытянутого в широтном на- надпойменная (хвалынская) терраса просле-
правлении. Находится он на северо-западной живается почти на всем протяжении.
окраине поселка Сулак (рис. 1) [1]. Цель ис- Террасовые отложения в окрестностях по-
следования - обеспечение близрасположен- селка Сулак представлены преимущественно
ного кирпичного завода доброкачественным довольно плотными желто-бурыми глинами,
сырьем [2, 7, 8].
с содержанием в распыленном состоянии
уй*5 7
Н * -I I . . -ж г
ру-у^/у^ - расположение исследуемого участка
Рис. 1. Расположение Сулакского карьера глин
углекислои извести и мелкокристаллического гипса. Мощность этих неслоистых глин определяется в 8-10 м. Сверху глины прикрыты плотными, довольно однородными суглинками мощностью в 0,5-1,0 м. Они обычно имеют темно-бурый или коричневато-черный цвет, что обуславливается присутствием гумуса.
Река Большой Иргиз на большом протяжении прорезает глинистые террасовые отложения и имеет крутые, а местами отвесные берега высотой до 10-12 м. Глины лежат почти горизонтально, т. к. в послехвалынское время не было резко выраженных подвижек земной коры. В условиях сухого климата юго-востока скудные атмосферные осадки не успели еще в достаточной степени промыть глинистые породы и выщелочить из них водорастворимые соли. Благодаря значительному содержанию последних на местности получили развитие солонцовые почвы и солонцы.
В основании крутых левобережных уступов реки Большой Иргиз, в окрестностях поселка Сулак и в других пунктах, прослеживаются пески хазарского яруса. Они преимущественно мелкозернистые, зеленовато-серые, глинистые. Видимая мощность песчаных отложений 1-1,5 м. Пески чередуются с прослоями пылеватой супеси. Общая мощность хазарских отложений достигает 15-18 м.
Для кирпичного производства и других керамических изделий могут быть широко
Таблица 1
УЭС пород верхней части геологического разреза месторождения глин в поселке Сулак
Горная порода Состояние горной породы УЭС, Омxм
почвенный слой влажный 50-75
суглинки твердые и мягкопластичные 20-40
глины твердые и мягкопластичные 2-15
супеси твердые и пластичные 40-70
пески маловлажные влажные с прослоями глины 1000-1200 200-420 140-150
использованы глины «хвалынской» террасы, а в качестве отощающей добавки - пески хазарского яруса. Общие запасы глин «хвалын-ской» террасы практически неисчерпаемы.
В пределах инструментально оконтуренного участка площадью в 8 га были проведены последовательно поисковая и детальная разведки. При этом установлено с помощью буровых скважин, шурфов и расчисток, что глинистые отложения на глубину 4-5 м довольно однородные по своему составу, без значительного содержания вредных примесей.
На карьерной площадке равномерно заложены 12 буровых скважин, через 100 м друг от друга. Кроме скважин в западной части месторождения имеются два шурфа глубиной по 4,1 м каждый. Шурфы использовались в целях непосредственного изучения глинистых отложений и отбора проб «методом борозды», через каждые 1,5-2 м.
На исследуемой площадке проводилось вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) в 15 точках. Точки ВЭЗ на местности привязывались по профилям скважин инженерно-геологических изысканий. Многообразие геологических условий, характерных для месторождений строительных материалов, можно свести к сравнительно ограниченному количеству геолого-геофизических условий, типичных для большей части месторождений строительного минерального сырья. Возможность применения электроразведки определялась разницей удельного электрического сопротивления (УЭС) между породами. Наиболее низкое сопротивление имеют глины и суглинки (табл. 1). На поисковой стадии работ точки ВЭЗ располагались по редкой сети, расстояние между которыми было 100 м.
Чтобы представить, как распространяются сопротивления на глубину, проводи-
лись ВЭЗ, после которых на наиболее благоприятных участках закладывались скважины.
Район работ оказался довольно сложным для применения электроразведки из-за соотношения сопротивлений горных пород. На обследованной площади получены кривые ВЭЗ различных типов, в основном Q и Н [4, 5]. Типы кривых определяются глубиной залегания и мощностью слоя с высоким сопротивлением. При неглубоком залегании его и небольшой мощности были получены кривые типа Н, а при более глубоком залегании - типа Q. На начальных точках кривых ВЭЗ нередко наблюдаются повышенные сопротивления, обусловленные рыхлым поверхностным слоем отложений небольшой мощности.
С учетом данных контрольных скважин удалось установить основные закономерности изменения формы кривых ВЭЗ и величин сопротивления, соответствующих горным породам, характеризующимся теми или иными литологическими особенностями, получить ориентировочное представление о предполагаемом геолого-литологическом разрезе в соответствующих точках и исключить явно бесперспективные участки (рис. 2). Установлены основные закономерности в форме графиков ВЭЗ:
- супесчано-суглинистые отложения характеризуются резким, широким минимумом
с подъемами правой ветви, близкими к 2530 ° (рис. 2 б);
- глинистые образования характеризуются минимальными сопротивлениями (рис. 2 а, 2 в).
Электрический разрез отличается непостоянной анизотропией. Для глинисто-супесчаной толщи коэффициент анизотропии колеблется от 1,1 до 1,25. На основе этих закономерностей в форме кривых ВЭЗ разграничены по площади глинистые и супесчаные отложения. Сложнее оказалось выделить суглинки, так как они характеризуются сопротивлением, близким к сопротивлению глинистых отложений. В сомнительных случаях изменения на кривых ВЭЗ приходилось проверять буровыми скважинами [3, 6].
Невысокие сопротивления, зафиксированные на большом количестве кривых зондирования, - признак того, что здесь нет мощной толщи супесчаных отложений, что подтверждено контрольными скважинами. На основании такого подхода к расшифровке кривых зондирования более обоснованно дана оценка перспективности площадей, изученных методами электроразведки.
Перспективными на промышленные запасы глин оказались отдельные участки, на которых и выполнялось разведочное бурение. На выявленных методом ВЭЗ явно беспер-
а
20 ЮО 200. Рк (Омхм)
б
Ю 20 100
-I—Н
рк (Омхм)
10 20 100 о.
200 рк (Омхм)
25.0 -I / 2 М V
Рис. 2. Кривые ВЭЗ
в
спективных площадях оно не проводилось, вследствие чего были сокращены сроки поисковых работ и снижена их стоимость.
При бурении скважин производился подъем образцов глины через 0,3-0,5 м. Всего поднято 120 образцов, которые были подвергнуты подробному микроскопическому изучению в целях определения состава и содержания в глине вредных примесей: гальки, щебня, а также наличия крупнозернистых включений углекислой извести. Пятнадцать образцов с различной глубины подвергнуты были тщательному гранулометрическому анализу. Результаты подробного гранулометрического анализа помещены в таблице 2. Буровые скважины на глубину 5 м признаков водоносности пород не обнаружили, и при взятии образцов отмечена лишь слабовлажная глина. То же подтверждается шурфами и расчистками.
В шурфах и расчистках «методом борозды» с последующим квартованием отваленной породы было отобрано 19 проб глины весом 15-20 кг каждая. Пробы для лабораторных испытаний отбирались поинтервально, через 1,5-2 м. Пробы для почвенного слоя отбирались отдельно. Все пробы подвергались в лабораторных условиях определению песчаных частиц в смесях пластичности, воздушной и огневой усадки при обжиге, а также определению механической прочности и водопогло-щения изготовленных образцов кирпичей [8].
Все образцы, отобранные из буровых скважин, и пробы из шурфов и расчисток окрашены гидратами окислов железа в желтовато-бурые цвета. Ярко выраженной интенсивности в окраске пройденных пород не наблюдается. Можно лишь отметить, что верхний почвенный слой на глубину 0,5-0,6 м представлен суглинкам с содержанием гумуса в различных количествах, вследствие этого цвет его бывает коричневато-черный или темно-бурый.
Вредных примесей в виде гальки, щебня и гравия в глине не наблюдается. Большой разницы в содержании песчаных частиц раз-
мером от 0,25 до 0,05 мм не имеется. В верхней части глинистой толщи (0,0-2,5 м) их содержание варьирует от 19 до 39 %, а в нижней (от 2,5 до 5 м) - 11 до 24 % (табл. 3).
То же можно отметить и в отношении содержания глинистых частиц, размером меньше 0 до 5 мм, которых в верхней части содержится от 19 до 36 %, а в нижней части -от 28 до 36 %. Основная масса глины, как видно, состоит из пылеватых (алевритовых) частиц размером от 0,05 до 0,005 мм, на их долю приходится от 41 до 58 %.
Опробованием в полевых условиях 10 %-ым водным раствором соляной кислоты было установлено во всех образцах глины (кроме почвенного слоя) присутствие в пылевидном состоянии карбоната кальция. Раствор соляной кислоты вызывает бурное выделение углекислого газа.
Лабораторные керамические испытания проводились без добавки отощающих веществ и показали удовлетворительные результаты: видимых деформаций и дефекта изделий не наблюдалось. Испытания выполнялись на малых образцах размером 10 х 5 х
2.5 см, вследствие этого показатели механической прочности получились более высокими (в 1,5-2 раза), чем для кирпичей нормальных размеров.
Местами в верхней части глинистой толщи обнаружены включения углекислой извести в виде мелких глазков и тонких прожилок, иногда совместно с небольшими гнездами мелкозернистого гипса.
В лабораторных условиях проделано более подробное определение количественного содержания карбонатов. Установлено, что в послойных смесях из отобранных проб глин содержание СаСО3 колеблется в пределах от
4.6 до 6,7 %. Принимая во внимание, что содержание карбонатов в мелкозернистом и пы-леватом состоянии до 15 % при равномерном их распределении по всей массе не отражается на качестве готовых изделий, можно считать, что глины Сулакского месторождения вполне
Результаты гранулометрического анализа глин Сулакского месторождения
Таблица 2
Л я В ва м ва Гранулометрический состав в % на абсолютно сухую навеску И | св « и Ь 9, « 5 — В" ~ Ь а ва
х к в а О н 2 ч я — о <и Я 1 1 И о о песчаных частиц, мм иылеватых частиц, мм глинистых частиц, мм
и Й « 1-0,25 0,25 -0,05 Всего 0,05-0,01 0,01-0,005 Всего 0,005-0,001 0,001 Всего Й е
0,0-0,5 1 0,02 39,22 39,24 28,61 12,67 41,28 13,15 6,33 19,48 4,3
1 0,5 -2,5 2 0,06 19,28 19,34 38,3 10,28 48,58 23,87 8,21 32,08 3,7
2,5 -5,0 3 0,01 11,43 11,44 43,08 13,65 56,73 18,7 13,13 31,83 3,9
0,0-0,5 4 0,12 18,86 18,98 36,85 13,45 50,3 16,7 13,66 30,36 3,6
4 0,5 -2,5 5 0,53 20,48 21,01 21,71 9,12 30,83 3,55 32,57 36,12 4,4
2,5 -5,0 6 0,1 19,75 19,85 16,45 25,61 42,06 22,42 14,11 36,53 3,8
0,0-0,5 7 0,65 11,19 11,84 55,63 2,2 57,83 9,53 19,96 29,49 2,9
6 0,5 -2,5 8 0,02 24,62 24,64 37,97 14,72 52,69 10,49 11,18 21,67 3,1
2,5 -5,0 9 0,05 24,24 24,29 47,34 10,27 57,61 12,07 6,03 18,1 4,2
0,0-0,5 10 0,04 39,2 39,24 28,5 12,78 41,28 13,1 6,33 19,43 4,1
9 0,5 -2,5 11 0,1 19,1 19,2 37,3 11,28 48,58 22,85 9,23 32,08 3,5
2,5 -5,0 12 0,05 11,39 11,44 42,08 14,65 56,73 17,7 14,13 31,83 3,8
0,0-0,5 13 0,01 39,23 39,24 27,61 13,67 41,28 12,15 7,33 19,48 4,3
11 0,5 -2,5 14 0,01 19,97 19,98 27,50 6,2 33,7 6,12 28,68 34,8 3,3
2,5 -5,0 15 0,18 19,41 19,59 31,92 10,12 42,04 1,24 27,03 28,27 3,1
х х
X
СП X
СП
ч
X
0
1
о н ч о
X
н
СП
№
X
>
СП
О
^
О -1
а
К X
О
а
е
и
12 г
и «
X X
5
зХ X
X
«
н 3 х
и
X
*
X
а
и
т X
я а
8 £
I
Рч
%% 'СОЭвЭ эшгежс^Соэ т <о чо ^ 00 чо 5,95 6,73
влиждо вЛ£лвс1э1тэх §1 00 О4 09- -- -- --
% 'эинэШомопоСод 13,3 12,7 12,0 12,5 12,6
Механическая прочность, кг/см2 при изгибе 53-59 60-64 53-70 56-73 74-79
при сжатии 147 -163 2 чо 7 СЛ 6 СЛ 6 СЛ
Усадка, % огневая <о <о о"
воздушная 6,66 5,96 5,96 5,96 5,26
илэоньилэетгп ионч1ге1«с1он ис111 »/0 я 1чСоя эинвжсЬСоэ 24,2 23,5 23,4 23,7 23,6
|||пп:ш|||ЛК10 11(1и "/„ я хгаяолис1яэ1ге и (пплсь хинвьээп эинвжс^Соэ 40,0 36,7 31,2 38,4 31,7
Состав смеси Верхнего почвенного слоя 0-0,5м Среднего слоя желто-бурой глины 0,5 - 2 м Нижнего слоя желто-бурой глины 2-4,5 м Смесь из двух верхних слоев 0-2 м Смесь из всех слоев пропорционально мощностей 0-4,1 м
11.1ЛК.1 о^ т
отвечают требованиям по содержанию карбоната кальция.
С учетом полученных данных о содержании в глине песчаных частиц и карбонатов изготовлялись смеси для лабораторных керамических испытаний. Результаты испытаний показывают, что все слои глины Сулакского месторождения могут быть использованы для производства строительного кирпича без добавки отощающих веществ. Верхний - почвенный слой, с содержанием гумуса, оказался также пригодным для кирпичного производства, и его целесообразно применять в смеси с нижележащими глинистыми слоями.
Ожидаемая марка кирпича, судя по показателям лабораторных испытаний, будет соответствовать «100-125».
Размер детально разведанной и инструментально оконтуренной площадки определяется равным: 300 х 200 = 60000 м2 Средняя мощность опробованных смесей по шурфам и пяти расчисткам определяется в 4 м. В буровых скважинах, шурфах и расчистках глинистая толща на глубину 4-5 м оказалась только слабовлажной, без признаков водоносности, и доступной к разработке открытым способом на всю пройденную мощность.
Общие запасы глины, пригодной для кирпичного производства, равны: 60000 х 4 = 240000 м3. По степени изученности эти запасы могут быть отнесены к высшей категории (А2).
Запасы глины при производительности завода в 3 млн штук кирпича в год с избытком могут обеспечить потребность предприятия в сырье.
При условии использования почвенного слоя в качестве добавки в глинистую смесь определение объема вскрышных работ значительно упрощается, т. е. перед началом карьер-
ных разработок площадку следует очистить от дернины на глубину не более 0,1 м, остальная часть почвенного слоя представляет собой суглинок с гумусом, вполне пригодным для кирпичного производства.
По данным проведенных исследований сделаны выводы:
• Изученные глины Сулакского месторождения оказались довольно однородными по своему составу, без значительного содержания вредных примесей и безводными на глубину буровой разведки.
• Содержание карбонатов и сульфатов хотя и наблюдается в глинах, однако не снижает качества опытных образцов кирпича.
• Смеси глин содержат в естественном состоянии достаточное количество песчаных и алевритовых отощающих частиц, что удовлетворяет нормам воздушной усадки и не
вызывает деформации и трещинообразова-ния сырца.
• Нормальная температура обжига находится в пределах 800-900
• При указанных условиях обжига и соответствующем режиме технологического процесса производства из глин изучаемого месторождения можно получить строительный кирпич марки «100-125».
• Обожженные образцы кирпича из глины данного месторождения показали несколько повышенный процент водопоглощаемости, что косвенно указывает на недостаточную их морозостойкость. Однако это не может служить причиной браковки кирпича, а лишь указывает на ограниченное его применение.
• Детально изученные запасы глины определяются в объеме 240000 м3, что с избытком может обеспечить потребность завода.
Л и т е р а т у р а
1. Атлас Саратовской области. - М.: АСТ-Пресс «Картография», 2003.
2. Мизинов Н. В. Минерально-сырьевая база строительных материалов Саратовской области и перспектива ее расширения. - Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 1977.
3. Милованов В. И., Смилевец О. Д. Анализ ошибок при работах методом ВЭЗ при обследовании трасс трубопроводов и строительных площадок //Недра Поволжья и Прикаспия. - 1999. - Вып. 20. -С. 48-53.
4. Пылаев А. М. Руководство по интерпретации вертикальных электрических зондирований. - М.: Недра, 1968.
5. Смилевец О. Д., Сулицкий Ф. В., Рейтюхов К. С. Особенности интерпретации данных ВЭЗ при расчленении верхней части разреза песчано-суглинистых толщ //Недра Поволжья и Прикаспия. - 2001. -Вып. 26. - С. 67-71.
6. Шиндяпин П. А. Дорожно-строительные материалы 28-ми районов Саратовской области. - Саратов: САДИ им. В. М. Молотова, 1940.
7. Шиндяпин П. А. Дорожно-строительные материалы 19-ти южных районов Саратовской области. -Саратов: САДИ им. В. М. Молотова, 1943.
8. ГОСТ 23735-79. Смеси глинистые для строительных работ. Технические условия.
