К вопросу о методике разведки месторождений глин (на примере Усть-Игумского месторождения в Пермском крае) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

_____________ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА_________________________

2009 Геология Вып.11 (3 7)

УДК 553.6 (470.54)

К вопросу о методике разведки месторождений глин (на примере Усть-Игумского месторождения в Пермском крае)

А.К. Алванян, Р.Г. Ибламинов

Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: mineral@psu.ru

Проанализированы морфология и состав Усть-Игумского месторождения глин. Охарактеризована методика поисковых и разведочных работ, даны рекомендации по её оптимизации. Ключевые слова: месторождения глин; геологическая разведка; Пермский край.

Месторождения глин широко распространены на территории Пермского края. Их размещение контролируются положением континентальной терригенной и кор выветривания формации кайнозоя. Месторождения формации распространены преимущественно в Камской и Предуральской минерагениче-ских областях [3]. Размещение месторождений глин определяется не только геологическими, но и экономическими факторами. Они сосредоточены в наиболее обжитых районах, где развито строительство зданий и сооружений, в том числе и промышленных. Всего в крае известно 254 малых и средних месторождений кирпичных глин, из них региональным балансом учтены 76 месторождений с суммарными запасами около 150 млн м3. Анализ геологического строения объектов позволил нам выделить два наиболее распространенных геолого-промышленных типа месторождений [1].

Тип 1. Линзо- и пластообразные залежи кирпичных глин в элювиальных и элювиальноделювиальных отложениях. Месторождения этого типа наиболее распространены в Пермском крае. Они контролируются выходами аргиллитов верхнепермского возраста и распространением на них чехла элювиальноделювиальных покровных отложений. Как правило, месторождения представлены изо-метричными в плане пластовыми залежами различной мощности (в среднем 4-15 м), перекрытыми суглинками мощностью до 1,0 м, реже до 1,5- 2,0 м. Глины имеют различную

окраску - преимущественно коричневую с серым или бурым оттенками.

Тип 2. Линзо- и лентообразные залежи кирпичных глин в аллювиальных отложениях. Месторождения имеют меньшее распространение по сравнению с месторождениями первого типа. Они приурочены к отложениям пойменной и старичной фаций современного аллювия. Залежи глин отличаются лентовидной формой, повышенной запесоченностью.

Методика разведки месторождений глин регламентируется действующими инструкциями и методическими рекомендациями [5]. Регламентации выработаны на основе многолетнего опыта разведки месторождений глин России. Однако известно, что каждое месторождение полезных ископаемых, как и любой природный объект, имеет свою специфику в строении и составе, которую необходимо учитывать при оптимизации методики его изучения.

Приведенные в [5] обобщенные сведения о плотности сети разведочных выработок, применявшихся при разведке месторождений глинистых пород (табл. 1), необходимо учитывать в качестве ориентира при проектировании гео-лого-разведочных работ.

Методические указания рекомендуют для каждого месторождения на основании изучения участков детализации и тщательного анализа всех имеющихся геологических, геофизических и эксплуатационных материалов по данному или аналогичным месторождениям обосновывать наиболее рациональные параметры сети разведочных выработок.

© Алванян А.К., Ибламинов Р. Г., 2009

Таблица 1. Данные о плотности сети разведочных выработок, применявшихся при разведке месторождений глинистых пород [5]

Группа место- рождений Типы месторождений Расстояния между выработками (м) для категорий запасов

А В Сх

1 Крупные пластовые, пластообразные и линзообразные, выдержанные по строению, мощности и качеству полезного ископаемого 100-150 150-200 300-400

Средние пластообразные и линзообразные, выдержанные по строению, мощности и качеству полезного ископаемого 50-100 100-200 200-300

2 Крупные пластовые, пластообразные и линзообразные, не выдержанные по строению, мощности и качеству полезного ископаемого - 50-100 100-200

Средние пластообразные и линзообразные, не выдержанные по строению, мощности и качеству полезного ископаемого - 25-50 50-150

3 С резко изменчивым строением, мощностью и качеством полезного ископаемого - 25-50

На месторождениях 1-й группы запасы на участках или горизонтах детализации должны быть разведаны по категориям А и В, 2-й группы - по категории В. На месторождениях 3-й группы сеть разведочных выработок на участках детализации рекомендуется сгущать, как правило, не менее чем в 2 раза по сравнению с принятой для месторождений 2-й группы с целью изучения пространственного положения выделенных типов и сортов глинистых пород.

Опробование разведочных пересечений рекомендуется производить с соблюдением следующих обязательных условий:

- сеть опробования должна быть выдержанной, плотность ее определяется геологическими особенностями изучаемых участков месторождения и обычно устанавливается исходя из опыта разведки месторождений-аналогов, на новых объектах устанавливается экспериментальным путем;

- опробование следует проводить непрерывно, на полную мощность продуктивного тела с выходом во вмещающие породы и т.д.

Обычно для глинистых пород интервалы опробования принимаются равными 1-2 м, а при однородном составе полезной толщи и качестве сырья - до 3-4 м. Для наиболее ценных видов сырья (огнеупорные, бентонитовые глины) длина интервалов чаще всего принимается равной 0,5 м, а при условии предполагаемой селективной

отработки отдельных сортов может уменьшаться до 0,3-0,4 м.

Нами при составлении «Рабочего проекта разработки и рекультивации Усть-Игумского месторождения светложгущихся глин» (2006) [7] была проанализирована методика выполненных поисковых и оценочных работ [6] и даны рекомендации по её оптимизации на стадии эксплуатации.

Усть-Игумское месторождение светложгущихся глин расположено в Александровском районе Пермского края в 8 км юго-восточнее с. Усть-Игум и в 25 км западнее г. Александровска в восточной части Преду-ральского краевого прогиба.

В геологическом строении Усть-Игумского месторождения, на котором детально изучался участок «Ермаковский», принимают участие породы кайнозоя. Подстилающие породы представлены нижнепермскими (согласно новой шкале [8]) глинисто-мергелистыми отложениями соликамской свиты.

К вскрышным породам на месторождении относятся почвенно-плодородный слой (ППС) и четвертичные отложения. ППС состоит из глины песчаной, осветленной, с корнями трав, кустарников и деревьев. Средняя мощность ППС составляет 0,15м.

Основную часть толщи вскрышных пород слагают современные и ископаемые аллювиальные и озерно-аллювиальные отложения четвертичной системы ^1_2) мощно-

стью 1,4-8,0м. Они представлены глинами, суглинками, песками.

Полезная толща месторождения сложена глинами светло-серыми до серовато-белых с голубоватым оттенком. Вскрытая мощность кондиционных глин колеблется от 2-3 до 1420м. Возраст глин по данным оценочных работ считается олигоценовым.

Все известные в данном районе проявления светложгущихся глин имеют сложное геологическое строение: залежи характеризуются линзообразной формой тел с невыдержанной мощностью полезного слоя и вскрыши с резко изменяющимся качеством сырья. По размерам, выдержанности мощности и качеству глин Усть-Игумское месторождение и его участок «Ермаковский» в соответствии с Классификацией запасов месторождений твердых полезных ископаемых отнесено к 3-й группе сложности [5].

В соответствии с «Временным положением ...» [2] работы по геологическому изучению недр осуществлялись в две стадии: а) поисковые работы; б) оценочные работы. По результатам последних запасы глин были изучены и подсчитаны до категорий С1 и С2 (рис. 1). Поисковые работы включали проведение геологических маршрутов и бурения. Поисковые маршруты осуществлялись с целью уточнения геологического строения обследуемой территории и выявления перспективных участков для постановки бурения. Маршруты проводились с использованием топоосновы масштабов 1:25000 и геологической карты масштаба 1:200000. После проведения бурения (по сети 300х400м) на поисковых участках в районе сел Усть-Игум и Горы и получения результатов лабораторных испытаний выполнялись оценочные работы. Оценочные работы были выполнены на всех перспективных участках. Всего было отбурено 1640 п.м скважин колонкового бурения по сети 100х200 м. На участках детализации («Ермаковский» и «Селедково») сеть скважин сгущалась до 100х150 м. Для обеспечения выхода керна не менее 80% бурение производилось укороченными рейсами длиной в 1,0м.

Опробование глин осуществлялось по керну. Длина интервалов опробования зависела от изменчивости литологического состава пород. Длина рядовых проб, отобранных по белым и серовато-белым разностям глин, в соответствии с действующей инструкцией не превышала 1,0-2,0м. Ожелезнен-

ные разности глин опробовались отдельно интервалами 1,5-3,0м. Всего была отобрана 291 керновая проба.

Качество сырья в рядовых пробах (физико-механические свойства и огнеупорность) определялось в соответствии с требованиями технического задания, определенного ОАО «Меакир», ОСТа 21-78-88 «Сырье глинистое (горные породы) для производства керамических кирпича и камней» и дополнительно - с требованиями к огнеупорному сырью.

Наряду с химическим выполнялось технологическое опробование глинистого сырья с целью изучения его пластифицирующих и керамических особенностей. Испытаниям подвергались смеси белых глин «Ермаков-ского» участка с бурыми глинами «Калин-кинского» месторождения для выяснения возможности получения качественного керамического кирпича и других изделий. Были отобраны 3 групповые лабораторнотехнологические пробы массой от 35 до 45 кг из трех разновидностей глин, отличающихся по химическому составу, дисперсности, пластичности. Групповые пробы составлялись из вторых половинок очищенного керна. Всего для составления групповых технологических проб было использовано 38 рядовых проб. Технологические испытания проведены на Березниковском кирпичном заводе ОАО «Меакир» и в лаборатории ФГУГП «Пермге-олнеруд». Оценка качества полезного ископаемого Ермаковского участка Усть-Игумского месторождения проводилась в соответствии с требованиями ГОСТа 530-80. Результаты минералогического анализа глинистой фракции глин месторождения приведены в табл.2. Согласно классификации глин (ГОСТ 9169-75) глины месторождения отнесены к полиминеральным. Химический состав глин приведен в табл.3. По содержанию глинозема глины месторождения относятся к основным, полукислым и кислым. Основные и полукислые разновидности глин считаются огнеупорными, а кислые-тугоплавкими. Основные глины отнесены к 0-му сорту, полу-кислые - к 1-му и 2-му сортам, кислые - к 3му сорту.

Светложгущиеся огнеупорные глины месторождения имеют высокую среднюю пластичность, равную 25,44, объемную массу -1,9 т/м3.

При оценке Усть-Игумского месторождения в работе [1] подсчет запасов глин был выполнен в границах оконтуренного участка

залежи с учетом погашения бортов карьера жи, близкая к усечённому конусу с малым

под углом 45°. Была выявлена форма зале- основанием на подошве залежи (рис. 2).

Масштаб 1:2000

Рис. 1. Схема расположения скважин на «Ермаковском» участке [6] (условные обозначения приведены в табл. 7)

Таблица 2. Средний минеральный состав глин «Ермаковского» участка [6]

Компоненты глин Содержание, % мас.

Г идрослюда измененная 45-75

Монтмориллонит 28-90

Каолинит тонкодисперсный 15-70

Кварц 5-15

Слюда и хлорит 5-10

Растительные остатки 0,5-5

Таблица 3. Химический состав и разновидности глин «Ермаковского» участка (по данным поисково-оценочных работ [6])

Разновидность глин Содержание компонентов, % мас. (от-до/среднее) Число пластич- ности Доля разновидно-сти глин,%

АІ203 810з ТІО2 Fe20з

Г лины кислые 11,37-14,45/ 11,89 75,5-82,84/ 79,18 1,01-2,10/ 1,63 1,12-5,70/ 2,45 25.8 32,2

Г лины полукислые 15,46-25,87/ 24,02 47,16-70,58/ 64,89 1,6-5,10/ 3,41 1,06-1,75/ 1,40 24.0 35,7

Г лины основные 28,13-29,43/ 28,42 41,39-59,52/ 53,43 1,87-3,40/ 2,85 1,01-1,85/ 1,34 23.44 32,1

Месторождение вскрыто 20 скважинами глубиной от 5,0 до 22,0м по полезному ископаемому. Самая глубокая скважина (№ 2) оказалась в центре залежи. Верхняя поверхность залежи близка к горизонтальной. Наклон боковой поверхности конуса к горизонту составляет 5-10°. Контур подсчёта запасов по категориям С1 и С2 проведён на

половине расстояния между оценочными скважинами.

При подсчёте запасов глин на оценочной стадии был применен способ среднего арифметического. Результаты подсчёта запасов представлены в табл.4.

Таблица 4. Результаты подсчета запасов по способу среднего арифметического [6]

№№ подсч. блока и категория запасов Площадь подсчет-ного блока, тыс.м2 Горно- технические условия Объемная масса глин, т/м3 Запасы глин Качество полезного ископаемого

Тыс.м3 Тыс. Пластичность Химический состав, %

Мощности, м тонн

АІ203 8І0з Fe20з

Вскр ыши Полез лез- ной толщи

Участок «Ермаковский» (в контуре проектного карьера)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ІС1 21,83 2,4 11,12 1,9 242,74 461,21 24,41 20,0 64,8 1,7

В том числе: глины 3-го сорта -глины кислые, тугоплавкие (32,2%) 78,53 149,21 23,44 11,8 79,2 2,4

Глины 1-го,2-го сорта - глины полукислые огнеупорные (35,7%) 86,36 164,08 24,0 19,9 61,9 1,4

Г лины 0-го сорта (особые) - глины основные огнеупорные (32,1%) 77,85 147,92 25,8 28,4 53,4 1,3

и 12,59 7,0 7,15 1,9 90,02 171,04 21,7 11,22 78,8 2,21

В том числе: глины 3-го сорта -глины кислые, тугоплавкие 90,02 171,04 21,7 11,22 78,8 2,21

Из них: глины 3-го сорта с повышенным содержанием крупнозернистых включений (2,88%)

и 12,59 7,0 3,3 1,9 41,55 78,95 20,3 10,8 79,1 2,80

Итог: в контуре карьера по категории С1+С2 332,76 632,25 23,6 17,3 69,2 1,86

Поскольку число пересечений залежи с небольшими значениями мощности, расположенными на флангах месторождения, оказалось значительно меньше, чем количество скважин с большими значениями мощности (см. рис.1), то подсчёт запасов полезного ископаемого получился завышенным. Это обнаружилось в ходе составления «Рабочего проекта разработки и рекультивации...» [7], при составлении которого нами при подсчете запасов был применен способ вертикальных сечений, который был проконтролирован подсчетом по горизонтальным сечениям (горизонтам отработки). Результаты подсчета способом вертикальных сечений приведены в табл.5.

На недостатки подсчета запасов способом среднего арифметического обращал в своё время внимание ещё В.М. Крейтер [4], который указывал на необходимость под-

счета запасов тел сложной трубообразной формы способом разрезов. По-видимому, это связано с тем, что при подсчете методом среднеарифметического залежь фактически моделируется цилиндром, площадь основания которого соответствует площади контура залежи, а высота равна средней арифметической величине под-счетных мощностей. Тогда как подсчет методом геологических разрезов осуществляется на модели усеченного конуса, более соответствующей истинной форме залежи. Допущенная ошибка при подсчете запасов полезного ископаемого (около 100 тыс. м3) в случае оплаты налога за пользование недрами (при ставке 5,5% от стоимости реализованной продукции) составила бы около 2,5 млн. руб.

Таблица 5. Результаты подсчета запасов по способу вертикальных разрезов [7]

№ подсчетного блока и категория запасов Площадь подсчетного блока, тыс. м2 Горно- технические условия Объемная масса глин, т/м3 Запасы глин Качество полезного ископаемого

Тыс. м3 Тыс. тонн Пластичность Химический состав, %

Мощности, м

АІ2О3 81Оз Fe2Oз

Вск ры ши Полез лез- ной толщи

Участок «Ермаковский» (в контуре проектного карьера)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1Са 21,83 2,4 7,3 1,9 159,36 302,78 24,41 20,0 64,8 1,7

В том числе: глины 3-го сорта -глины кислые, тугоплавкие (32,2%) 49,93 94,87 23,44 11,8 79,2 2,4

Глины 1-го,2-го сорта - глины полукислые огнеупорные (35,7%) 59,66 113,35 24,0 19,9 61,9 1,4

Г лины 0-го сорта (особые) - глины основные огнеупорные (32,1%) 49,77 94,56 25,8 28,4 53,4 1,3

2С2 12,59 7,0 6,14 1,9 77,30 146,87 21,7 11,22 78,8 2,21

В том числе: глины 3-го сорта -глины кислые, тугоплавкие 77,30 146,87 21,7 11,22 78,8 2,21

Из них: глины 3-го сорта - глины с повышенным содержанием крупнозернистых включений (2,88%)

2С2 12,59 7,0 2,5 1,9 31,5 59,85 20,3 10,8 79,1 2,80

Итог: в контуре карьера по категории С1+С2 236,66 449,65 23,6 17,3 69,2 1,86

Таблица 6. Результаты химического опробования скважины 2 (см. рис. 1, 2)

№ пробы Al2Oз SiO2 Fe2Oз сорт № пробы Al2Oз SiO2 Fe2Oз сорт

1 10,83 79,78 2,70 3 7 12,84 77,10 1,91 3

2 10,77 77,46 4,53 3 8 11,86 78,80 1,84 3

3 12,57 75,94 3,13 3 9 28,83 48,88 1,25 0

4 9,45 79,98 4,14 3 10 20,73 49,52 1,20 0

5 14,45 70,72 5,72 3 11 28,18 52,59 1,26 0

6 10,85 79,12 2,22 3 12 16,76 67,75 1,44 1

Результат выполненного пересчета запасов показывает необходимость выполнения подсчетов запасов залежей сложной формы способом вертикальных сечений. Кроме того, было бы целесообразно оценивать подобные объекты до категории В путем сгущения разведочной сети в полто-ра-два раза.

Следует добавить, что, судя по данным опробования, на разрезе (рис.2.) скважиной 2 вскрыты три разных сорта глин, существенно отличающихся по качеству (табл. 6). Эти

разновидности глин оказались оконтуренными только на одном подсечении, и истинное положение сортов глин будет трудно учесть в процессе проектирования их отработки.

Для повышения достоверности и информативности бурения необходимо на стадии оценочных работ использовать геофизические методы исследования скважин и межскважин-ного пространства, в частности метод ВЭЗ. Это позволило бы исключить допущенные ошибки и рационализировать систему расположения скважин.

Масштаб 1:1000

Рис. 2. Вертикальный разрез «Ермаковского» участка по линии 2-2 [6]

Таблица 7. Условные обозначения к рисункам 1, 2

Почвенно-растительный слой

Глина, суглинки

Глины огнеупорные, полукислые

Глины огнеупорные, основные

Алевролиты, аргиллиты

Скважина, её номер

Абсолютная отметка устья скважины, м

Четвертичная система. Современные и древние аллювиальные и озерноаллювиальные отложения. Г алечники, пески, глины

Палеогеновая система. Верхний олигоцен. Г лины белые, светло-серые, коричневато-серые с лигнитом, галечники, конгломераты, пески кварцевые

Уфимский ярус. Соликамская свита, верхняя подсвита. Известняки, мергели, алевролиты, песчаники

Разведочная линия

Контур подсчета запасов

Скважина поисковая, её номер Абсолютная отметка устья скважины, м

С-2

215,3

Скважина оценочная, её номер Абсолютная отметка устья скважины, м

©

С-8

219,1

Скважина поисковая, (1973 г. Нерудная Г11Щ Абсолютная отметка устья скважины, м

С-28

220,8

Мощность вскрышных пород, м Мощность продуктивной толщи, м

2%М-

■ 19,6

Место отбора полузаводской пробы массой 400 т

Технологические пробы, изученные ОАО «Меакир» на Березниковском кирпичном заводе, их номера

Глина белая, светло-серая, светложгущаяся, полукислая

Глина светло-коричневато-серая, с лигнитом, светложгущаяся, основная

Горизонтали поверхности

Грунтовая автодорога

Библиографический список

4.

1. Алванян А.К., Ибламинов Р.Г. Геологопромышленные типы месторождений общераспространенных полезных ископаемых Пермского края // Вопросы современной науки и практики. Ун-т им. В.И.Вернадского.

2009. Вып. 10. С. 135 - 144.

2. Временные положения о порядке проведения геологоразведочных работ по этапам и стадиям (твердые полезные ископаемые). М., 1998.

36 с.

3. Ибламинов Р.Г., Алванян А.К. Региональная минерагения общераспространенных полезных ископаемых зоны сочленения ВосточноЕвропейской платформы и Уральской складчатой области (на примере Пермского края) // Вопросы современной науки и практики / Ун-

т им. В.И.Вернадского. 2009. Вып.9. С. 152161.

Крейтер В.М. Поиски и разведка полезных ископаемых. М.-Л.:Госгеолиздат, 1940. 790 с. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твёрдых полезных ископаемых. Глинистые породы/ МПР РФ. М., 2007. 48 с.

6. Отчёт по поискам и оценке глинистого сырья для использования в качестве пластифицирующей добавки для производства керамических изделий в Александровском районе / ООО «Генезис». Пермь, 2006. 125 с.

7. Рабочий проект разработки и рекультивации «Усть-Игумского», участок Ермаковский, месторождения светложгущихся глин / ООО «Геопроект». Пермь, 2006. 150 с. Стратиграфический кодекс России. Изд. 3-е. СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ, 2006. 96 с.

On the question of prospecting methods of clay deposits (on example of the Ust-Igum deposit in Perm Region)

A.K. Alvanian, R.G. Iblaminov

Perm State University. 614990, Russia, Perm, Bukirev st., 15.

E-mail: mineral@psu.ru

Morphology and composition of the Ust-Igum clay deposit are analyzed. The methods of prospecting and recommendations for their optimization are described.

Key worlds: clay deposits, prospect evaluation, Perm Region.

Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук К.П. Казымов