CC BY
31
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2014 Геология Вып. 3(24)
ГЕОЛОГИЯ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ, МИНЕРАГЕНИЯ
УДК 553.635.1
Корреляция параметров и показателей гипсовой залежи Кругловского месторождения (Пермский край)
Н.А.Даровских а, А.С.Сунцев ъ
а Управление по недропользованию по Пермскому краю, 614016, Пермь, ул. Камчатовская, 5. E-mail: [email protected]
ъ Пермский государственный национальный исследовательский университет, 614990, Пермь, ул.Букирева,15. E-mail: [email protected]
(Статья поступила в редакцию 20 марта 2014 г.)
Кругловское месторождение характеризуется довольно простым геологическим строением, небольшой мощностью полезной толщи, включает незначительное количество карстовых и некондиционных пород. Проанализированы пространственные соотношения следующих параметров и показателей залежи: мощностей гипсовой толщи, средних содержаний гипса по скважине, мощностей вскрыши, карстовых интервалов и некондиционных пород, отметок рельефа земной поверхности, кровли гипса и кровли ангидрита. Установлены тесные и весьма тесные корреляционные связи между парами показателей: 1) положительные - между отметками земного рельефа и отметками кровли гипса, отметками кровли гипса и отметками кровли ангидрита, отметками земного рельефа и отметками кровли ангидрита; 2) отрицательные - между мощностями вскрыши и отметками кровли гипса, мощностями вскрыши и отметками кровли ангидрита, между мощностями вскрыши и мощностями гипсовой толщи. Результаты корреляции свидетельствуют о следующем: гипсовая залежь в целом имеет пластообразную форму; зеркало подземных вод в процессе гидратации ангидрита изменялось согласно с земной поверхностью; большая мощность перекрывающих гипсовую толщу отложений явилась отрицательным фактором при формировании залежи: ее общая мощность оказалась сравнительно небольшой.
Ключевые слова: гипсовая залежь, распределение параметров и показателей, критерии гипсоносности, Пермский край.
Геометро-статистические исследования позволяют более надежно оценить влияние тех или иных природных факторов на формирование залежей полезных ископаемых. Теоретические основы и практи-
ческие приемы таких исследований были разработаны В.Ф.Мягковым, они отражены в его многочисленных статьях и монографии «Геохимический метод парагене-тического анализа руд» [5]. Некоторые
О Даровских Н.А., Сунцев А.С., 2014
аспекты геометро-статисти-ческих обобщений геологической информации рассмотрены и нами в недавних публикациях [6, 7]. В данной статье приводятся результаты анализа соотношений параметров и качественных показателей минерального скопления на примере гипсовой залежи Кругловского месторождения.
Гипсовые толщи в Предуралье образовались на площади развития сульфатных отложений вдоль долин рек и оврагов, зон умеренной трещиноватости и разрывных нарушений, лито логических контактов [1-3]. Эти геоморфологические и структурно-тектонические элементы способствовали проникновению поверхностных вод в ангидритовую толщу. Здесь они соединялись с подземными минерализованными водами, уменьшая их концентрацию. Происходило совместное интенсивное растворение ангидритов, а затем и связывание частиц растворенного в воде веще-
196.3
ства с молекулами воды, т.е. гидратация [8-12]. На участках, приуроченных к долинам крупных рек (например, к долине Камы), и там, где ангидриты наиболее трещиноватые, процесс гидратации проходил глубже. Мощность гипсовой толщи в таких местах может достигать более 20 м.
Кругловское месторождение гипса расположено в 13,5 км юго-юго-западнее г. Кунгура. Продуктивная гипсовая залежь слагает верхнюю часть демидковской пачки. Залегание пачки горизонтальное или близкое к горизонтальному. Толща гипсов и ангидритов включает прослои доломитов, переходные между ними разности, карстовые породы, а также редкие прослои мергелей и песчаников (рис.1). Месторождение представляет собой пла-стообразную залежь гипса размером 800 х 710 м, мощностью от 3,0 до 15,2 м.
1 V V V V V V V V 2 г г г г г г г г 3 А А А А А А А А 4 1 1 тНЧг 6 г II г II " || / II А II А II А II А II X 7У///У/
Рис. 1. Геолого-литологический разрез месторождения по линии 2 (горизонтальный масштаб 1:10 400): 1- глина песчаная, 2 - брекчия карстовая, 3 - гипсы, 4 - ангидриты, 5 - известняки, 6 - доломиты, 7 - гипсодоломиты, 8 - ангидритодоломиты, 9 - известняки глинистые вы-в в ¡прелые
В тектоническом отношении объект Русской плиты, на восточном крыле Бым-расположен в пределах восточной части ско-Кунгурской впадины. Основной вод-
ной дреной для Кругловского месторождения служит р. Ирень, расстояние от западной границы месторождения до ее долины составляет 1 км.
Продуктивная залежь сложена гипсами трёх основных разновидностей - белыми, светло-серыми и серыми. Светлосерые гипсы местами имеют слабый коричневатый оттенок, а белые - желтоватый. Белые разновидности гипсов на месторождении приурочены преимущественно к верхней части разреза гипсовой толщи.
Гипсы продуктивной залежи имеют структуру разнозернистую, преобладают мелко- и среднезернистые структуры с размером зёрен 0,1-1,0 мм. Визуально структура подобных гипсов на изломе са-харовидная.
Текстуры гипсов обусловлены наличием прожилков, характером слоистости и мощностью слоев. Прожилки представляют собой трещины, заполненные мергелем или доломитом. Иногда в трещинах наблюдаются волокнистый белый селенит и пластинчатый гипс, органический материал и гидроокислы железа.
На месторождении развиты в основном мелкосетчатые текстуры, реже наблюдаются пятнистые, сетчатые, пятнисто-мелкосетчатые и другие. На некоторых участках встречаются также кавернозные, брекчиевидные и пятнисто-слоистые текстуры.
Качество гипса Кругловского месторождения удовлетворяет требованиям ГОСТа 4013-82 «Камень гипсовый и гипсо-ангидритовый для производства вяжущих материалов. Технические условия». По содержанию гипса на месторождении выделяют 4 сорта гипсового камня: первый сорт - более 95%, второй - 90-95 %, третий - 80-90%, четвертый - 70-80 %. Средневзвешенные содержания сортов гипса в продуктивной залежи по 30 скважинам: второй сорт - 60,0 %, третий -26,7 %, четвертый - 13,3 %. В соответствии с техническим заданием недропользователя при оконтуривании продуктивной залежи интервалы гипса четвертого сорта из подсчета запасов были исключены. Модель распределения содержаний гипса в залежи дана на рис. 2 [4].
о 4-
• * . -
0-й
• - *
„ * * • * W.^mkv . У
iL . •"*
1 * ♦ * Ш * XjV''у
Участки с бодедонием пнпса; У'УЛ W-95W С2~йсорг>
сорт)
70- сорт)
* * к л г
0 Скважина, ci КЛ«в[>
Э л0 Содержание тлез ■ падиной толЩ|г, %
^. Граияиът <ншсов
"*" т. С,
Рис. 2. Схема распределения участков по сортам гипса
Минеральный состав залежи (%): гипс - 87,88; ангидрит - 7,37; доломит - 3,82; оксид железа + оксид алюминия + нерастворимый глинистый остаток - 1,22. Минеральному составу продуктивной залежи с корректировкой на средневзвешенное содержание гипса (87,88 %) отвечает следующий химический состав (%): СаО -32,84; MgO - 0,83; БОз - 45,20; п.п.п. -18,39; БегОз - 0,25; А1203 - 0,17; нерастворимый остаток - 0,80.
Средняя мощность гипсовой залежи равна 8,15 м. Участки с высокой мощностью приурочены к центральной части месторождения, занимая 80 % площади залежи (рис.3). Подошва залежи неровная, наблюдается пологое погружение подошвы от центральной части в север-северо-западном и юг-юго-восточном направлениях. При наложении плана изомощности полезной толщи на план изогипс подошвы в центральной части месторождения в
субширотном направлении отмечается почти полное совпадение участков развития максимальных мощностей толщи и наиболее приподнятой части залежи. Следовательно, здесь находится утолщённый свод гипсовой залежи.
Степень выветривания гипсов месторождения изменяется от слабо затронутых выветриванием до выветрелых и сильно выветрелых разностей. На месторождении преобладают гипсы, затронутые выветриванием, средней крепости и довольно крепкие. Отдельные интервалы керна представлены сильно выветрелыми породами, где керн в виде гипсовой муки, дресвы и щебня. Наличие небольших по мощности провалов бурового снаряда с перемычками гипса подтверждает общий вывод о средней крепости пород. Гипсы месторождения являются преимущественно среднетрещиноватыми породами, в меньшей степени - слаботрещиноватыми.
ИЗ ■ */*. • . ^
Л. . :,' V
Участки с МОЩНОСТЬЮ
п ^ -: I-ин ТОЛШ11
более 12.2 м 8.1 - 12,2 м ¿и 4,1 - в, [ и Г | менеем
Сдважнна, чиыер
Мощность иилеяюИ
ТОЛПШ, М
^Грщшцы запоив ^ кет. С|
Рис. 3. Схема распределения участков с различной мощностью полезной толщи
Керн наблюдается в виде столбиков, плиток и щебня с дресвой.
Подземный карст фиксируется провалами бурового снаряда в пустотах, а также интервалами глин с дресвой и щебнем коренных карстующихся пород. При буре-
нии на месторождении провалы наблюдались по всем литологическим разностям пород. Мощность провалов по полезной толще изменялась от 0,2 до 1,8 м. Заполненные карстовые пустоты наблюдались чаще всего в подстилающих отложениях,
в полезной толще они редки. При исключении из подсчета запасов карстовых интервалов мощностью менее 0,5 м закар-стованность полезной толщи низкая и равна 2,8 %.
Гипсы перекрываются сульфатно-карбонатными отложениями тюйской пачки иренской свиты и песчано-глинистыми отложениями четвертичной системы. Основная часть отложений тюйской пачки преобразована в карстовую брекчию. Средняя мощность вскрышных отложений составляет 22,5 м, минимальная мощность вскрыши (до 4-5 м) наблюдается в западной части месторождения. Коэффициент вскрыши равен 1,4 м3/т или 3,1 м3/м3. Снизу продуктивная залежь подстилается ангидритами, некондиционными гипсами и доломитами демидковской же пачки.
Месторождение по сложности геологического строения отнесено к 1-й группе: оно характеризуется довольно простым геологическим строением, небольшой мощностью полезной толщи, включает незначительное количество карстовых и некондиционных пород.
На рассматриваемом месторождении после геометризации основных показателей гипсовой залежи [4] была произведена их математическая корреляция. Проанализированы пространственные соотношения следующих показателей: мощностей гипсовой толщи, средних содержаний гипса по скважине, мощностей вскрыши, карстовых интервалов и некондиционных пород, отметок рельефа земной поверхности, кровли гипса и кровли ангидрита. Вычислены парные линейные коэффициенты корреляции (таблица).
Корреляционная матрица показателей Кругловского месторождения
Мощ- Мощ- Мощность некондиционных От- От-
Показатель ность гипсовой толщи, Среднее содержание гипса, % Мощность вскрыши, м ность карстовых интерва- метка земного релье- метка кровли гипса,
м лов, м пород, м фа, м м
Среднее со- - - - - -
держание +0,02 1
гипса, %
Мощность -0,30 -0,09 1 - - - -
вскрыши, м
Мощность - - -
карстовых -0,23 -0,04 + 0,04 1
интервалов, м
Мощность не- - -
кондиционных -0,02 -0,73 -0,10 -0,23 1
пород, м
Отметка зем- -
ного релье- -0, 16 -0,16 +0,15 +0,34 +0,05 1
фа, м
Отметка кровл!
гипса, м +0,18 +0,01 -0,58 +0,13 +0,02 +0,65 1
Отметка
кровли ан- -0,08 -0,08 -0,46 +0,21 -0,04 +0.38 +0,65
гидрита, м
Довольно тесные положительные кор- телей (рис. 4,а) отметка земного рельефа -реляционные связи между парами показа- отметка кровли гипса (г = +0,65), отметка
кровли гипса - отметка кровли ангидрита (г = +0,65) и отметка земного рельефа -отметка кровли ангидрита (г = +0,38) свидетельствуют о следующем: 1) на месторождении зеркало подземных вод в процессе гидратации ангидрита было субпараллельно земному рельефу; 2) обе поверхности гипсовой толщи, кровля и подошва (кровля ангидрита), залегают в основном конкордантно; 3) локальная несогласованность этих поверхностей обусловлена различной трещиноватостью перекрывающих пород и самой гипсовой толщи. Следовательно, несмотря на существенные колебания отметок кровли гипса и кровли ангидрита, гипсовая залежь в целом имеет пластообразную форму с небольшим, как отмечено выше, раздувом в центральной части. Контуры гипсовой толщи в разрезе грубопараллельны земной поверхности месторождения.
а
Слабые отрицательные связи между другими показателями - мощность вскрыши - отметка кровли гипса (г = -0,58), мощность вскрыши - отметка кровли ангидрита (г = -0,46) - служат подтверждением высказанным выше суждениям. Очевидной является тесная отрицательная связь показателей среднее содержание гипса - мощность некондиционных пород в гипсовой толще
Наличие отрицательных же связей между мощностью вскрыши и мощностью гипсовой толщи (г = -0,33) позволяет предположить, что большая мощность перекрывающих гипсовую толщу пород тюйской пачки и четвертичных отложений явилась отрицательным фактором при формировании залежи: ее общая мощность оказалась сравнительно небольшой. В таких условиях процессы гидратации в ангидритовом слое протекали, видимо, с меньшей интенсивностью.
б
190
Абс, отм. устья, м
100 * 95
ГО и
| 90 «и
5 85
ГО
£. 80 щ
е
о 75 70
0 5 10 15 20
Мощность полезной толщи, м
♦ ♦ <
у = 0,0303* f 88,28
4 ♦
♦ ♦
Рис.4. Графики корреляции локазателег'1 гипсовой толщи месторождения
Остальные показатели залежи не имеют корреляционных связей, в частности не фиксируется связь между средними содержаниями гипса по скважинам и мощностью гипсовой толщи (рис. 4,6). Действительно, сопоставляя планы в изолиниях этих показателей, можно видеть пространственное несовпадение выделенных участков по качеству гипсов и мощности. Так, участки развития гипсов второго и третьего сортов приурочены к частям залежи как с повышенной мощностью, так и с пониженной.
Библиографический список
1. Даровских H.A. Геология и прогнозирование месторождений поделочного гипса на примере Пермской области: автореф. дис. ... канд. наук. Пермь, ПТУ, 1999. 19 с.
2. Даровских H.A., Кудряшов А.И. Геология и поиски месторождений поделочного гипса/ ГИ УрО РАН. Пермь, 2001. 161 с.
3. Даровских H.A., Сунцев A.C. Особенности строения гипсовой залежи южного участка Ергачинского месторождения // Вестник
Пермского университета. Геология. 2013. Вып. 1 (18). С. 66-71.
4. ДароескихH.A., Сунцее A.C. Факторы гип-соносности на Кругловском месторождении в Пермском крае // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5.
5. Мягков В. Ф. Геохимический метод параге-нетического анализа руд. М.: Недра, 1984. 126 с.
6. Сунцев A.C. О генетической интерпретации структур корреляционных полей компонентов // Вестник Пермского университета. Геология. 2009. Вып. 10 (36). С. 46-53.
7. Сунцев A.C. Генетический аспект исследований структур корреляционных полей компонентов // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 6.
8. Azam S. Study on the geological and
ngineering aspects of anhydrite/gypsum transition in the Arabian Gulf coastal deposits// Bull. Eng. Geol. Env. 2007. № 66. P. 177-185.
9. Conley R.F. & Bundy W.M. Mechanism of
gypsification// Geochim. Cosmochim. Acta. 1958. Vol. 15. P. 57-72.
10. Hardie L.A.. The Gypsum-anhydrite equilibrium at one atmosphere pressure// Am. Mineral. 1967. Vol. 52. P. 171-199.
11 .MacDonald, G.J.F. Anhydrite-gypsum equilibrium relations//Am. J. Sci. 1953. Vol. 251, № 12. P. 884-898. 12. SievertT., Wolter A. & Singh N.B. Hydratation of anhydrite of gypsum (CaS04.II) in ball mill// Cement and Concerete Research. 2005. Vol. 35. P. 623-630.
Correlation of Parameters and Indicators
of Gypsum Deposits of the Kruglovskiy Field (Perm
Kray)
N.A. Darovskih a, A.S. Suntsev b
a Agency of Natural Resources of Perm Kray, 614016, Perm, Kamchatovskaya Str., 5. E-mail: [email protected]
b Perm State National Research University, 614990, Perm, Bukirev Str., 15 E-mail: [email protected]
Kruglovskiy field is a quite simple geological structure of small thickness of productive layers, and includes a small amount of karstic and off-grade rocks. We analyzed the spatial distribution of the following parameters and indicators of deposit: thickness of gypsum strata, the average content of gypsum in the well, thickness of overburden, the thickness of karst intervals, thickness of the substandard grade rock, elevation of surface relief, and elevation of the top of gypsum and the top of anhydrite layers. There was observed close and very close correlation between the pairs of indicators. Positive correlation was established between the elevations of relief and top of gypsum layer, elevation of the top of gypsum and the top of anhydrite, and elevation of relief and the top of anhydrite layer. Negative correlation was revealed between overburden thickness and elevation of the top of gypsum layer, overburden thickness and elevation of the top of anhydrite layer, and between overburden thickness and thickness of gypsum stratum. The correlation results indicated that gypsum deposit has, in general, sheet-like shape, a groundwater table elevation changed in the process of hydration of anhydrite relative to the earth's surface, the big thickness of overburden brought a negative effect on the formation of deposit, and its total thickness of gypsum strata was relatively small.
Key words: gypsum deposit, distribution of parameters and indicators, criteria of gypsum deposits, the Perm Kray.
References
1. Darovskikh N.A. 1999. Geologiya I prog-nozirovanie mestorozhdeniy podelochnogo gipsa na primere Permskoy oblasti [Geology and prediction of ornamental gypsum deposits on example of Perm region]. Au-thoref. Dissert, na sosiskanie uchenoy stepeni kand. Geol. - Min. Nauk. Perm, PGU, p. 19.
2. Darovskikh N.A., Kudryashov A.I. 2001. Geologiya i poiski mestorozhdeniy podelochnogo gipsa [Geology and exploration of ornamental gypsum deposits]. Perm, MI UB RAS, p. 161.
3. Darovskikh N.A., Suntsev A.S. 2013. Osobennosti stroeniya gipsovoy zalezhi yuzhnogo uchastka Yergachinskogo mestorozhdeniya [Particularities of structure of gypsum formation of southern part of the Yergach deposit]. Vestnik Perm-skogo universiteta. Geologiya. 1(18):66—71.
4. Darovskikh N.A., Suntsev A.S 2013. Fak-tory gipsonosnosti na Kruglovskom mestorozhdenii v Permskom krae [Factors of gypsum content at the Kruglovskiy deposit in Perm Kray]. Sovremennye prob-lemy nauki i obrazovaniya. 5.
5. MyagkovV.F. 1984. Geokhimicheskiy me-tod parageneticheskogo analiza rud [Geo-chemical method of paragenetic analysis of ores]. M., Nedra, p. 126.
6. Suntsev A.S. 2009. O geneticheskoy inter-pretatsii struktur korrelyatsionnykh poley komponentov [About interpretation of structure of components correlation fields]. Vestnik Permskogo universiteta. Geologiya. 10(36):46-53.
7. Suntsev A.S. 2012. Geneticheskiy aspekt issledovaniy struktur korrelyatsionnykh poley komponentov [Genetic aspect of studying the structure of correlation fields of components]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 6.
8. Azam S. 2007. Study on the geological and
engineering aspects of anhydrite/gypsum transition in the Arabian Gulf coastal deposits. Bull. Eng. Geol. Env., 66:177-185.
9. Conley R.F. & Bundy W.M. 1958. Mecha-
nism of gypsification. Geochim. Cosmo-chim. Acta. 15:57-72.
10. Hardie L.A. 1967. The Gypsum-anhydrite equilibrium at one atmosphere pressure. Am. Mineral., 52:171-199.
11. MacDonald G.J.F. 1953. Anhydrite-gypsum equilibrium relations. Am. J. Sci., 251(12):884—898.
12. SievertT., Wolter A. & Singh NB. 2005. Hydratation of anhydrite of gypsum (CaS04.II) in ball mill. Cement and Concrete Research. 35:623-630.
