CC BY
23
ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
_2017 г. Выпуск 3 (46). С. 12-20_
УДК 552 : 549
Л. В. Семечкова, Л. Л. Нестерова
КРЕМНИСТО-ОПАЛОВОЕ СЫРЬЕ АКРЫШЕВСКОГО УЧАСТКА (ХМАО-ЮГРА)
И ЕГО УТОЧНЕННЫЙ МИНЕРАЛЬНЫЙ И ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Авторы выражают большую благодарность к.б.н. М. Н. Вторушину (лаборатория подготовки эколого-геологической информации АУ «НАЦ РН им. В. И. Шпильмана»)
за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований
Определен грансостав для гравийно-песчаной кремнисто-опаловой смеси Акрышевского участка (ХМАО-Югра) и уточнен минералого-петрографический состав отсеянной песчаной фракции. Подавляющее большинство проб по всему участку содержит опоко-трепеловые породы кремнисто-опалового вещества, составляющие от 13 % до 62 %, в среднем 33 % по всему участку. Использование подобных кремнистых отложений в качестве различных сорбентов может способствовать улучшению экологической обстановки в нашем округе.
Ключевые слова: опал-кремнистое сырье, минералогический и гранулометрический анализ.
L. V. Semechkova, L. L. Nesterova
SILICEOUS-OPAL RAW MATERIAL OF AKRESHEVSKY PLOT (KHMAD-YUGRA) AND ITS DETAILED MINERAL GRANULOMETRIC COMPOSITION
Granulometric composition was defined for gravel-sandy siliceous-opal raw material of Akreshevsky plot (KhMAD- Yugra) and mineralogical-petrographic composition of sifted sandy fraction.
Overwhelming majority of sample throughout plot contains gaize-tripolite rocks of siliceous-opal matter which ranging from 13 % to 62 %, on average 33 % throughout plot. Usage similar siliceous deposits by way of diverse sorbents can contribute to the improvement of the ecological situation in our district.
Key words: opal-siliceous raw material, mineralogical and granulometric analysis.
В 80-х годах прошлого столетия после целенаправленного изучения кремнистых пород палеогена и мела на севере Тюменской области была выделена Северо-Тюменская субпровинция кристобалит-опаловых пород (диатомиты, опоки, трепелы), которые являются ценным сырьем для производства ряда строительных материалов [1-3]. Потребность ХМАО в таких материалах, как и во всей стране, каждый год возрастает, поэтому очень важно развивать местную добывающую промышленность.
В нашем округе в результате широкомасштабных работ было разведано более десятка месторождений кремнистого сырья. Запасы одного из них, Акрышевского месторождения, расположенного в Советском районе, составили 16 млн м3 (по 4 участкам), в состав которого входит Акрышевский участок с площадью 13,27 км2 [4, 5].
Целью нашей работы было уточнение минералого-петрографического и гранулометрического состава галечниково-гравийно-песчаной смеси и песчаной фракции (с размером зерен менее 5,0 мм) кремнисто-опалового сырья на Акрышевском участке, что внесет важный вклад в детализацию изучения данного месторождения с возможностью в дальнейшем его эксплуатации.
Изучения проводились фрагментарно, по 24 пробам, отобранным в шурфах мощностью от 0,2 м до 3,2 м (рис. 1).
Разведочные шурфы исследуемой площади
Шурф 10 Шурф 15
Рисунок 1 - Разведочные шурфы исследуемой площади
Порода представлена рыхлой смесью, от светло-серой, желтовато-серой, буровато-серой до темно-серой окраски, разнородной по зерновому составу, с низкой переменной плотностью.
Первоначально изучалась галечниково-гравийно-песчаная смесь. Для определения ее гранулометрического состава был применен ситовой анализ по ГОСТ 8269.0-97 на каждую из 24 проб, а также минералогическим анализом выявлены пробы с наибольшим количеством опоко-трепеловых пород. Результаты данных определений представлены в виде графика (рис. 2).
Соотношение гравийных зёрен в пробах
1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
№ пробы
пробы с максимальным содержанием трепел-опоковых пород остальные пробы
Рисунок 2 - Соотношение гравийных зерен в пробах кремнисто-опаловых пород
Для подтверждения минералогического состава фракции >5 мм были выполнены также петрографические исследования в шлифах (рис. 3). Данный образец слабо реагирует на поляризованный свет, что подтверждает наличие аморфной составляющей в виде опала. Отмечаемые участки с серой интерференционной окраской свидетельствуют о частичном переходе аморфного кремнезема к его кристаллическим разновидностям - халцедону и кварцу, что в процессе литификации вполне закономерно. Таким образом, это порода - трепел-опокового состава, и мы наблюдаем постепенный переход трепелов в опоки с выделением опоковидных трепелов и трепеловидных опок как промежуточных членов непрерывного ряда в стадии катагенеза [6].
Увеличение 160, ник. II Увеличение 160, ник. +
Рисунок 3 - Петрографические шлифы гравия
Микрозондовый анализ на растровом электронном микроскопе CarlZeiss EVO 50, оснащенном спектрометром энергодисперсионным Inca Energy 350, подтвердил кремнистый (О+Si) состав гравийных зерен в четырёх точках спектра (рис. 4). Здесь же наблюдаются глобули опала и наличие реликтов морской фауны.
70мкт 1 Электронное изображение
Рисунок 4 - Электронно-микроскопическое исследование гравийных зерен
Следующий этап исследований - определение фракционного состава песчаных зерен менее 5,0 мм для всех 24 проб (ГОСТ 8736-2014).
В результате проведенного ситового анализа был получен гранулометрический состав проб, соответствующий разной группе песка - от тонкого до крупного [ГОСТ 8736-2014] (таблица 1).
Таблица 1 - Гранулометрический состав исследуемого песка
Фракции, % Модуль крупности Группа песка
№ пробы интервал отбора 2,5-5,0 мм 1,25-2,5 мм 0,63-1,25 мм 0,315-0,63 мм 0,16-0,315 мм Менее 0,16 мм Менее 0,01 мм (глинистая)
1 1,2-2,5 0,63 2,01 2,46 6,57 22,90 20,13 45,30 0,55 очень тонкий
2 0,2-1,0 5,70 11,23 11,42 16,30 24,78 13,11 17,46 1,67 мелкий
3 1,0-2,0 6,02 11,92 7,65 14,30 27,09 15,36 17,67 1,56 мелкий
4 0,5-2,4 12,02 9,05 9,16 11,60 21,29 15,18 21,70 1,68 мелкий
5 0,2-1,0 5,74 9,99 15,38 24,89 26,58 7,68 9,74 1,91 мелкий
6 1,0-2,0 4,41 8,13 12,21 35,35 33,35 3,69 2,86 1,95 мелкий
7 1,0-2,5 4,92 4,49 7,79 18,66 42,86 11,60 9,68 1,46 очень мелкий
8 0,2-1,0 1,70 3,48 4,86 13,33 34,90 24,62 17,12 0,97 тонкий
9 1,0-2,0 0,76 0,82 2,62 10,72 45,22 28,78 11,08 0,82 тонкий
10 0,2-2,0 12,44 12,98 13,21 13,79 19,40 10,02 18,17 2,01 средний
11 0,2-2,0 3,27 5,94 22,19 22,19 28,25 24,83 6,22 1,41 очень мелкий
12 0,2-2,0 6,34 5,29 11,27 11,27 28,00 15,64 26,80 1,23 очень мелкий
13 1,4-2,5 9,50 5,61 16,02 16,02 49,35 10,28 3,30 1,69 мелкий
14 0,5-2,5 12,82 9,88 18,02 18,02 27,44 4,91 14,43 2,05 средний
15 1,2-2,5 13,84 19,07 14,53 14,53 16,08 7,77 15,57 2,30 средний
16 1,2-1,7 16,01 11,53 10,90 10,90 12,33 8,78 28,81 1,95 мелкий
17 1,7-2,3 29,26 14,11 11,90 11,90 9,83 2,31 20,85 2,72 крупный
18 2,3-2,8 23,64 17,04 16,64 16,64 10,10 3,84 10,18 2,85 крупный
19 1,7-3,2 19,86 14,08 18,54 18,54 15,15 3,16 8,55 2,70 крупный
20 1,3-2,5 18,75 11,99 16,20 16,20 26,97 5,09 7,94 2,40 средний
21 0,2-2,5 1,49 1,92 14,63 14,63 45,66 24,73 8,45 0,99 тонкий
22 0,2-2,0 27,95 21,01 31,88 11,03 2,99 2,64 2,50 0,86 тонкий
23 0,2-1,3 9,96 15,18 25,71 15,95 11,30 13,66 8,24 1,87 мелкий
24 0,5-1,5 2,89 23,65 41,70 16,56 5,61 5,58 4,01 1,34 очень мелкий
Песок изучаемого участка не однороден, плохо отсортирован по размеру, представлен фракциями, %: 2,5-5,0 мм - 9,33; 1,25-2,5 мм - 8,85; 0,63-1,25 мм - 9,71; 0,315-0,63 мм - 15,83; 0,16-
0,315 мм - 27,91; менее 0,16 мм - 13,39; глинистая фракция по всем интервалам опробования 14,86 % (% среднего содержания фракций участка).
Выполнен минералогический анализ песчаной фракции. Подготовка к испытанию, исследования и обработка результатов выполнялись в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 8735-88. Содержание пород и минералов определялось методом петрографической разборки и минералогического анализа песка для каждой из 24 проб. Результаты исследований сведены в таблицу 2.
Таблица 2 - Содержание минералов и горных пород на одну пробу
№ пробы интервал отбора проб, м % глины минералы, % вес горные породы, % вес
кварц полевой шпат слюда и слоистые силикаты аморфные разновидности двуокиси кремния (халцедон, опал, кремень) оксиды и гидрооксиды железа (магнетит, ге-тит, гидрогетит) прочие Интрузивные магматич. породы эффузивные магматич. породы песчаники, алевролиты выветрелые породы опал-кремнистого состава кремнистые породы кварцит, кристаллические сланцы уголь и древесные остатки
1 1,2-2,5 45,30 38,64 0,90 0,20 0,56 0,48 0,14 0,04 0,02 13,21 0,18 0,12
2 0,2-1,0 17,46 52,37 1,01 0,09 0,31 1,33 1,10 1,65 0,25 0,24 23,18 0,17 0,83
3 1,0-2,0 17,66 50,66 0,69 0,25 0,17 1,13 1,32 1,09 0,11 0,10 25,93 0,20 0,64 0,04
4 0,5-2,4 21,70 31,23 0,60 0,22 0,04 0,56 0,86 0,67 0,05 43,54 0,14 0,27 0,14
5 0,2-1,0 9,74 61,84 1,38 0,42 0,33 1,92 1,21 2,10 0,32 0,11 19,56 0,15 0,93
6 1,0-2,0 2,86 70,51 0,48 0,20 0,26 0,75 0,82 0,56 0,07 0,11 22,48 0,08 0,81 0,01
7 1,0-2,5 9,69 58,32 0,55 0,24 0,04 0,44 1,31 0,62 0,08 0,01 28,41 0,07 0,20 0,01
8 0,2-1,0 17,11 64,44 1,85 0,10 0,10 0,87 2,19 0,68 0,23 0,12 11,25 0,30 0,72 0,03
9 1,0-2,0 11,08 72,59 1,15 0,15 0,28 0,73 2,11 0,05 0,002 0,01 11,68 0,15 0,03 0,001
10 0,2-2,0 18,16 28,39 0,28 0,03 0,50 0,38 0,24 51,76 0,08 0,10 0,09
11 0,2-2,0 6,22 68,70 1,64 0,36 0,09 1,21 1,98 0,20 0,04 0,03 18,95 0,20 0,34 0,01
12 0,2-2,0 26,80 39,13 0,46 0,04 0,16 1,12 0,99 0,26 0,08 30,56 0,24 0,12 0,04
13 1,4-2,5 3,29 69,20 0,49 0,21 0,58 2,24 0,34 0,03 23,41 0,06 0,15
14 0,5-2,5 14,42 41,23 0,67 0,04 0,19 0,31 0,62 0,22 0,02 0,07 41,69 0,23 0,31
15 1,2-2,5 15,58 20,44 0,36 0,10 0,02 0,31 0,26 0,30 0,04 62,16 0,04 0,40
16 1,2-1,7 28,82 14,24 0,46 0,13 0,09 0,48 0,68 0,29 54,48 0,07 0,23 0,04
17 1,7-2,3 20,85 16,19 0,04 0,03 0,01 0,21 0,17 0,29 61,93 0,26 0,02
18 2,3-2,8 10,18 49,47 0,47 0,12 0,14 0,55 0,32 2,09 0,76 0,21 33,08 0,72 1,89
19 1,7-3,2 8,55 46,34 0,32 0,13 0,15 0,81 0,36 2,02 0,31 0,18 39,48 0,19 1,15 0,02
20 1,3-2,5 7,94 57,15 0,71 0,12 0,43 0,98 0,67 2,46 0,66 0,34 25,73 0,60 2,20
21 0,2-2,5 8,46 70,94 1,26 0,09 0,38 10,62 1,28 0,31 0,11 1,32 4,86 0,08 0,22 0,07
22 0,2-2,0 27,95 52,07 3,13 0,004 0,38 1,29 2,12 0,84 0,29 0,11 9,53 0,17 1,64 0,47
23 0,2-1,3 9,96 50,20 0,62 0,12 0,83 1,23 0,68 0,22 0,27 34,10 0,11 1,56 0,09
24 0,5-1,5 2,89 63,78 1,17 0,27 0,14 0,98 0,75 0,31 0,08 28,80 0,15 0,53 0,15
Анализируя данные таблицы, можно заключить, что песок имеет в основном кремнистый состав и представлен кварцем (от 14,24 до 72,59 %) и выветрелыми породами кремнисто-опалового состава (трепел-опока от 0,14 до 61,93 %), а в сумме кремнистых зерен насчитывается от 31,5 до 93,1 %, в среднем - 77,2 %. Количество глинистых минералов колеблется от 2,86 до 45,3 %, остальные минералы и обломки пород не превышают 3 % в своей группе. Наибольшее количество опоко-трепеловых зерен (51,76-62,16 %) наблюдается в пробах №№ 10, 15, 16, 17.
Исследования минералогического состава песка велось по классам (фракциям), в качестве примера этих исследований рассмотрена характеристика пробы № 17 (рис. 5).
а) б)
Рисунок 5 - Проба № 17, интервал 1,7-2,3 мм: а) гранулометрический состав; б) фракция 2,5-5,0 мм
Описание классов по минералогическому составу по 17-й пробе
Класс 2,5-5,0 мм
По гранулометрическому составу процентное содержание на пробу составляет 29,26 %, наибольшее по соотношению к другим фракциям. Основными минералами класса являются: кремнистые образования (опоки, трепел), кварц, обломки пород.
Кремнистые образования (95,47 %). Зерна различной степени окатанности, от хорошо окатанных, имеющих округлую форму, до неправильных, с неровной поверхностью. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. Окраска основной массы светло-серая, реже серая. Ожелезненные (налеты гидроокислов железа, примазки охристого материала) в виде пленки составляет 70-80 %.
Кварц (4,03 %). Зерна разной степени окатанности, прозрачные, полупрозрачные сероватой окраски, поверхность неровная.
Обломки пород (0,50 %) представлены зернами различного состава с преобладанием обломков измененных метаморфических пород с угловато-окатанными формами.
Класс 1,25-2,5 мм
От общего веса пробы составляет 14,11 %. Основными минералами фракции также являются кремнистые образования (95,17 %). Кварц - 3,14 %; обломки пород - 1,69 %. Данный класс аналогичен классу 2,5-5,0 мм.
Класс 0,63-1,25 мм
Процентное содержание по массе составляет 11,90 %. Так же, как и в предыдущих классах, основными минералами являются кремнистые образования - 85,90 %, кварц - 10,87 %, обломки пород в сумме составляют 2,65 %.
Кремнистые образования представлены зернами различной степени окатанности, большей части угловатыми, с полураковистым изломом. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристалличе-ское, цвет от светло-серого до серого, с ожелезненным налетом до 60-70 %.
Кварц - зерна различной степени окатанности, прозрачные, полупрозрачные, сероватой окраски, поверхность неровная, форма неправильная.
Обломки пород представлены неправильными зернами, угловато-окатанные, встречаются интрузивные, но преобладают обломки измененных метаморфических пород.
Класс 0,315-0,63 мм
Минеральный состав по сравнению с предыдущими классами значительно изменился. В данной фракции кремнистые образования составляют 51,94 %, содержание кварца - 45,88 %, полевых шпатов - 0,62 %, обломки пород в сумме составляют 0,93 %. Кремнистые образования представлены зернами различной степени окатанности, большей части угловатыми, с полураковистым изломом. Сложение зерен тонкозернистое или скрытокристаллическое. Цвет от светло-серого до серого, молочно-белого, ожелезнение в виде тончайшей пленки составляет до 60-70 %.
Кварц представлен зернами разной степени окатанности, форма зерен неправильная, объемная, изометричная. Наибольшее распространение получил кварц прозрачный, полупрозрачный, реже -сероватой окраски, зерна желтоватого цвета (из-за слабого налета охристого материала или гидроокислов железа) составляют до 10-15 %.
Полевые шпаты представлены зернами слаботаблитчатого облика, серовато-белой окраски, средней степени окатанности.
Обломки пород представлены измененными обломками метаморфических пород разного состава.
Класс 0,16-0,315 мм
Преобладающим минералом в этом классе является кварц - 59,92 %, зерна разной степени ока-танности, форма зерен неправильная, объемная, реже изометричная. Поверхность неровная, сглаже-но-неровная. Цвет большей степени прозрачный, меньшей - полупрозрачный, желтоватый из-за слабого налета гидроокислов железа, составляет не более 5-10 %.
Кремнистые образования представлены неправильными зернами от светло-серого до серого, молочно-белого цвета, ожелезнение в виде тончайшей пленки составляет до 50-60 %. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. В процентном выражении составляют 37,38 %.
Полевые шпаты. По цвету выделяются белесоватые зерна, сероватые, до бесцветной окраски. Поверхность сглажено неровная, окатанность средняя. Представлены преимущественно измененными калишпатами и альбитами. Суммарное содержание минералов - 1,35 %.
Минералы тяжелой фракции представлены амфиболом, эпидотом, пироксеном. Зерна окатанные в различной степени. Суммарное содержание - 0,77 %.
Класс менее 0,16 мм
Процентное содержание по массе составляет 1,59 %. Преобладающим минералом является кварц - 94,3 %. Зерна минерала характеризуются хорошей, средней и слабой степенью окатанности. Форма зерен неправильно-объемная, реже - изометричная. Зерна бесцветно-прозрачные, слабо сероватые, иногда молочно-белого цвета. Около 10-15 % зерен имеет слабый желтоватый оттенок (пленки или налеты гидроокислов железа, или охристого материала).
Кремнистые образования (0,68 %) представлены неправильными зернами от светло-серого до серого, реже молочно-белого цвета, 5-10 % зерен с налетом охристого материала. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. Зерна средней степени окатанности.
Полевые шпаты (0,04 %). По цвету выделяются белесоватые зерна, сероватые, до бесцветной окраски. Поверхность сглажено не ровная, окатанность средняя. Представлены как плагиоклазами, так и калишпатами.
Минералы тяжелой фракции представлены амфиболом, эпидотом, пироксеном, ильменитом, цирконом, рутилом, лейкоксеном, анатазом и др. Зерна окатанные в различной степени.
Выход тяжелой фракции составил 0,71 %. С помощью магнита Сочнева отделена магнитная фракция - 0,015 %, основными минералами данной фракции являются: эпидот, амфибол, пироксен, гранат и другие (90,20 %).
Рудные минералы содержат: ильменит - 1,90 %; лейкоксен - 1,60 %; рутил - 1,80 %; циркон -3,90 %; анатаз - 0,60.
На рисунке 6 представлены основные обломки кремнистых пород и кварц, а также редкие остатки панцирей диатомей и спикул губок в легкой фракции. На рисунке 7 отмечены минералы тяжелой фракции - лейкоксен, хромшпинелид, эпидот, ильменит, рутил, циркон.
Увеличение 160, ник. II Увеличение 160, ник. +
Рисунок 6 - Состав лёгкой фракции < 0,16 мм в иммерсионной жидкости N = 1,54
Увеличение 160, ник. II Увеличение 160, ник. +
Рисунок 7 - Состав тяжёлой фракции < 0,16 мм в иммерсионной жидкости N = 1,64
В результате проведенных исследований установлено, что песок в пробе № 17 трепел-опоковый и содержит в среднем по пробе: 61,93 % кремнистых образований (опок, трепелов), 16,19 % кварца, 0,04 % полевых шпатов, 0,56 % обломков горных пород разного состава, 0,21 % примесей (слюда, слоистые силикаты, оксиды и гидрооксиды железа), 0,02 % угля и древесных остатков, 0,17 % прочих минералов (амфибол, эпидот, пироксен и др.).
Таким образом, если суммировать полученные данные по визуальным данным, петрографическим шлифам гравия и минералогическому анализу песка, то данные отложения соответствуют трепел-опоковому составу.
Выводы
Уточнен гранулометрический и минералого-петрографический состав галечниково-гравийно-песчаной и песчаной смеси. Подавляющее большинство проб по всему участку содержат опоко-трепеловые породы кремнисто-опалового состава, для песка составляющие от 13 % до 62 %, в среднем 33 % по всему участку.
Данная песчано-гравийно-галечная смесь с существенно кремнисто-опаловым составом может рассматриваться с практической точки зрения, как готовый материал для осушки нефтяных газов, очистки ТЭЦ, фильтрации и очистки промышленных стоков от вредных и токсических примесей, мелиораторов, улучшающих агрохимические свойства почв.
Использование подобных кремнистых отложений в качестве различных сорбентов может способствовать улучшению экологической обстановки в нашем округе.
Уникальные свойства кремнистых пород делают их сырьем многоцелевого назначения с выбором оптимальных путей их использования и разработки конкретных технологических схем.
Судя по минеральному составу четвертичных отложений, на площади Ай-Акрышъюганского месторождения перенос материала был незначительным, и мы имеем дело с образованием, близким к элювию опок и трепела.
Литература
1. Дистанов, У. Г. Минеральное сырье. Опал-кристаболитовые породы [Текст] : справочник / У. Г. Дистанов. - Москва : Геоинформмарк, 1998. - 27 с.
2. Смирнов, И. И. Геологическое строение Северного Зауралья [Текст] : отчет Сосьвинской геологосъемочной партии о результатах групповой съемки масштаба 1:200 000 листов Р-40-У, XIV-XVIII, ХХ-ХХГУ, XXVIII-XXX, XXXIV и геологического до изучения листов Р-41-П-ГУ^Ш-ХП, проведенных в 1982-1989 гг. / И. И. Смирнов - Тюмень : ФБУ ТФГИ по УрФО, 1989. - 187 с.
3. Геолого-промышленная оценка и эффективность использования опал-кристобалитовых пород Тюменской области [Текст] / П. П. Генералов, А. П. Пленкин, Л. А. Степанов [и др.] // Геология нерудного сырья Западной Сибири : тр. ЗапСибНИГНИ. - Тюмень, 1987. - С. 10-18.
4. Бабенышев, В. М. Отчет о научно-исследовательских работах по теме «Анализ потребления (ассортимента и количества) материалов, ввозимых в автономный округ с целью выработки рекомендаций по замене их местным сырьем» в Ханты-Мансийском автономном округе - Югре в 2013 г.
[Текст] / В. М. Бабенышев, Н. И. Гордеев, Н. В. Маринская. - Ханты-Мансийск : ОАО «НПЦ Мониторинг», 2013. - 402 с.
5. Кудрин, К. Ю. Рекомендации по освоению общераспространенных полезных ископаемых равнинной части Ханты-Мансийского автономного округа - Югры [Текст] / К. Ю. Кудрин, Н. В. Ми-зина // Вестник Югорского государственного университета. - 2016. - № 3. - С. 63-70.
6. Фролов, В. Т. Литология [Текст] : учебное пособие Кн. 1 / В. Т. Фролов. - Mосква : Изд-во МГУ, 1992. - 336 ^
