CC BY
321
Том 153, кн. 3
Естественные науки
2011
УДК 553.635(470.41)
строение и условия разработки сюкеевского месторождения гипса
Р.Х. Сунгатуллин, Р.И. Кадыров, А.Н. Тюрин, С.В. Игнатьев
Аннотация
Геологоразведочные работы, выполненные на Сюкеевском месторождении гипса (Республика Татарстан), показали возможность его разработки подземными горными выработками - штольнями. Подсчитаны запасы по двум пластам гипса мощностью 7 и 11 м. Охарактеризованы гидрогеологические условия разработки месторождения. Предложены дополнительные структурные и кристаллохимические критерии для поисков залежей гипса в эвапоритовых бассейнах.
Ключевые слова: гипс, Сюкеевское месторождение, пласт, запасы, подземные воды, штольня, электронный парамагнитный резонанс (ЭПР), марганец.
Введение
Гипс - двуводный сульфат кальция Са804-2Н20. Это название используется одновременно для обозначения минерала и породы. Гипс как сырье для получения вяжущего строительного материала известен человечеству уже несколько тысяч лет. Еще египтяне применяли гипсовую штукатурку на стенах склепов, и она использовалась во всех более поздних цивилизациях [1]. Благодаря своим уникальным свойствам сегодня гипс широко применяется в различных областях. Модельный (лепной или полуобожженный) гипс применяется для получения отливок, гипсовых слепков, лепных украшений карнизов, штукатурки потолков и стен. Сырой (природный) гипс находит применение главным образом в цементной промышленности в качестве добавки к портланд-цементу как материал для ваяния статуй, различных поделок, в производстве красок, эмали, глазури, при металлургической переработке окисленных никелевых руд и др. [2, 3]. Гипс используется в сельском хозяйстве при мелиорации засолоненных почв, в медицине - для лечения опорно-двигательного аппарата и других заболеваний, в производстве оптических изделий и картонажно-бумажном производстве, в химической промышленности. Таким образом, гипс является важным (иногда незаменимым) материалом, а сфера его применения постоянно расширяется и, соответственно, потребность в нем неуклонно растет. Поэтому изучение строения месторождений гипса является актуальной задачей.
На востоке Восточно-Европейской платформы основные месторождения гипса приурочены к отложениям пермского возраста [4]. В Республике Татарстан к наиболее интересным из подобных объектов относятся Камско-Устьинское, Антоновское и Сюкеевское месторождения (рис. 1), расположенные в Камско-
Рис. 1. Основные месторождения гипса Татарстана: 1 - Сюкеевское, 2 - Камско-Устьин-ское, 3 - Антоновское
Устьинском районе [5, 6]. Непосредственно объектом настоящей работы является Сюкеевское месторождение, исследование которого обусловлено созданием на его основе сырьевой базы строящегося завода по производству сухих строительных смесей и строительных изделий ООО «Фоника Гипс». Разработка месторождения началась в 2011 г. На руднике будет добываться не менее 200 тыс. т гипса в год, а производительность завода по строительным смесям составит 120 тыс. т, по гипсокартону - 15 млн. м2 и пазогребневым перегородочным плитам - 300 тыс. м .
Геологическая изученность объекта
Район с. Сюкеево издавна привлекал к себе внимание геологов своей разнообразной минерагенией. Здесь на правобережье Волги наблюдаются выходы серы, битуминозных доломитов, гипса, минеральных вод, поделочных камней ([7-10] и др.), приуроченных к казанским отложениям пермской системы. Е.Ф. Зябловским в многотомном руководстве «Землеописание Российской империи для всех состояний» (1810) упоминается нефтяной источник у с. Сюкеево, а в 1812 г. в газете «Северная почта» было напечатано подробное сообщение
об обследовании сероводородных ключей в данном районе с медицинскими целями. На место выезжал профессор Императорского Казанского университета Ф.И. Эрдман, осмотревший две пещеры, в одной из которых (Сюкеевской или Мордовско-Каратаевской) он взял воду для анализа. Позже сероводородные воды описаны уездным врачом Карлом Крамером, а местным населением они использовались в лечебных целях начиная с 30-х годов XIX в. Чуть позже (в 60-е годы) здесь начато бурение неглубоких скважин для поисков битумов и нефти [11]. В середине XIX в. муромским купцом И.П. Смольяниновым были заложены две небольшие шахты около села Сюкеево для добычи нефти. Впоследствии, в начале ХХ в., на этом месте по инициативе инженера-геолога А. Френкеля создана совместная русско-английская нефтяная компания «Казан Ойлфилдс Лимитед».
В 1919 г. Казанской экспедицией в районе с. Сюкеево произведено большое количество расчисток по береговому обрыву р. Волга с целью выявления залежей битуминозных доломитов [12]. В этом же году профессором М.Э. Ноинским произведена съемка всего Сюкеевского района, в процессе которой выявлено, что битуминозные доломиты приурочены к горизонту «под-лужник» [13]. В 1920 г. в овраге Сюкеевский Взвоз по заданию Нефтяного института инженером Н.С. Обуховским производились геологоразведочные работы на нефть. Вскоре работы были остановлены, так как признаки нефти в незначительном количестве выявились лишь в верхней части казанского яруса.
Первые сведения об использовании гипса у с. Сюкеево относятся ещё к эпохе палеолита. Однако достоверно известно, что уже ко времени существования Булгарского государства ремесленное производство гипсовых изделий и торговля ими были хорошо налажены [3]. Опубликованные сведения об этом районе появились в 1831 г. в статье Н.В. Широкшина и А.В. Гурьева в Горном журнале, где авторы приводят данные о том, что «в Сюкеево под слоем гипса имеется известняк бурого цвета от присутствия в нем нефти и серы». В 1867 г. в Сборнике Минералогического общества горный инженер А.Д. Озерский сообщает результаты геологоразведочных работ на серу в Поволжье. Здесь автор приводит геологические разрезы Сюкеевского участка и разрезы шурфов. Констатируется, что сера залегает гнездами, приурочена преимущественно к нижнему слою битуминозных доломитов и реже встречается в верхнем слое. В 1870 г. создается небольшой частный завод (товарищество Траузе и К0) по выплавке серы, который просуществовал всего несколько лет и добыл 137.5 т серы. Происхождение серы в Сюкеевском месторождении обязано, по-видимому, биохимическим процессам восстановления сульфатов при взаимодействии их с угле-водородсодержащими флюидами, мигрирующими в вертикальном направлении по проницаемым зонам [14].
В 1931-1933 гг. под руководством В.В. Аскасинского проводились поисковые и разведочные работы на битуминозные доломиты, серу и гипс. По материалам разведки Сюкеевского месторождения запасы гипса составили 10.6 млн. м3 категории В и 52.0 млн. м3 категории Сь В 1935 г. артель «Волжский горняк» закладывает 4 штольни в верхнем пласте гипса и начинает разрабатывать месторождение (рис. 2). В 1943 г. в районе действующего рудника А.И. Рогинской
Рис. 2. Заброшенные штольни Сюкеевского рудника [12]
проведены дополнительные исследования, которые заключались в описании и опробовании действующих и бездействующих забоев рудника. В 1953-1954 гг. предприятие «Куйбышевгеолстройтрест» провело на Сюкеевском месторождении детальную разведку верхнего пласта гипса с подсчетом запасов, которые составили: 973 тыс. т категории А2, 404.9 тыс. т категории В и 508 тыс. т категории Сь В 1961 г. рудник «Сюкеевский» прекратил свою работу вследствие опасности затопления водами Куйбышевского водохранилища (см. рис. 2).
В 1959-1960 гг. трестом «Татнефтегазразведка» с целью изучения обоих пластов гипса Сюкеевского месторождения и его гидрогеологических условий повторно выполнена разведка. Запасы подсчитаны по всем промышленным категориям А, В, С раздельно по пластам. Запасы верхнего пласта гипса подсчитаны на площади 76 га в количестве 9738 тыс. т, а запасы нижнего пласта гипса на площади 79 га составили 17534 тыс. т. Именно при проведении данных работ оконтурена современная площадь месторождения. В процессе разведки установлено, что породы, слагающие Сюкеевское месторождение, в той или иной степени обводнены по всему разрезу. Отдельные водоносные горизонты опробованы откачками. Однако при рассмотрении отчета в Территориальной комиссии по запасам отмечена недоизученность гидрогеологических условий казанских отложений, вмещающих пласты гипса. Наличие подпора со стороны созданного к тому времени Куйбышевского водохранилища (уровень р. Волга поднялся с 42 до 53 м) при залегании нижнего продуктивного пласта ниже его уровня обусловило возможность возникновения значительных осложнений в случае прорыва вод в эксплуатационные выработки. В связи с этим запасы нижнего пласта гипса не утверждались. Комиссией было рекомендовано выполнить дополнительные опытно-фильтрационные и режимные гидрогеологические наблюдения, направленные на изучение водоносных горизонтов.
Табл. 1
Запасы гипса Сюкеевского месторождения
Пласты гипса Запасы категорий, тыс. т
А В С1 А + В + С1
Верхний (запасы утверждены в 1960 г.) 2078.0 3105.0 4555.0 9738.0
Нижний
(запасы, предлагаемые 1621.6 4542.1 7475.0 13638.7
к утверждению)
Всего по 2 пластам 3699.6 7647.1 12030.0 23376.7
В 2008-2009 гг. Татарским геологоразведочным управлением ОАО «Татнефть» проведена доразведка и изучение гидрогеологических условий Сюкеев-ского месторождения гипса. В результате работ уточнено геологическое строение месторождения, охарактеризованы гидрогеологические условия месторождения и подсчитаны запасы нижнего пласта гипса, представленные для утверждения в Государственную комиссию по запасам РФ. Суммарные запасы гипса для верхнего и нижнего пластов составили более 23 млн. т (табл. 1), а само Сю-кеевское месторождение отнесено к крупным объектам гипсового сырья с возможностью прироста его запасов.
В последние годы сотрудниками Казанского университета проведены минералогические исследования верхнеказанских отложений в районе Сюкеевского месторождения [15, 16]. Показано, что преобразование пород и формирование разнообразного комплекса полезных ископаемых в пределах изученного района определяются воздействием внедряющихся по вертикали глубинных флюидов. Поэтому месторождения битумов, серы, минеральных вод и поделочных камней тесно связаны с отложениями эвапоритового бассейна позднеказанского времени и воздействием на породы вертикально мигрирующих флюидов. Исходя из вышеизложенного, геологическую структуру у с. Сюкеево, объединяющую вертикальные и горизонтальные массопотоки [17], можно назвать «Сюкеевской палеоэнергетической аномалией». Именно поэтому здесь в пределах столбообразной аномалии формируется широкий и специфический набор твердых, жидких и газообразных полезных ископаемых.
Характеристика объекта и анализ геологических результатов
Сюкеевское месторождение гипса расположено в 4 км к югу от одноименного села (см. рис. 1). В тектоническом отношении месторождение приурочено к Сюкеевской брахиантиклинали, осложняющей восточную оконечность Улемин-ского вала, входящего в состав Казанско-Кировского прогиба [18]. Сюкеевская брахиантиклиналь прослеживается по кровле практически всех основных стратиграфических подразделений осадочного чехла [15] и осложнена структурными формами меньшего порядка. Так, для Сюкеевского месторождения по данным буровых скважин нами впервые построены структурные модели двух продуктивных пластов гипса (рис. 3). Анализ моделей позволил выделить 3 небольшие антиклинальные структуры, которые чётко прослеживаются в продуктивных пластах гипса. Антиклинали имеют изометричную форму размером 90-250 м, а амплитуда их достигает 6 м.
Верхний пласт
Нижний пласт
Кровля
Подошва
Кровля
Подошва
Ю
>С
Рис. 3. Структурные поверхности пластов гипса Сюкеевского месторождения (вертикальный масштаб увеличен в 40 раз)
В геологическом строении Предволжья участвуют породы архейской, протерозойской акротем и палеозойской, кайнозойской эратем [18]. Наиболее древние архейские и протерозойские образования слагают кристаллический фундамент, а осадочный чехол представлен морскими и континентальными отложениями платформенного типа девонской, каменноугольной, пермской, неогеновой и четвертичной систем. В современном эрозионном срезе обнажены образования пермской, неогеновой и четвертичной систем, а более древние породы вскрыты скважинами структурного бурения.
Сюкеевское месторождение гипса приурочено к отложениям казанского яруса биармийского (среднего) отдела пермской системы (рис. 4). Казанский ярус подразделяется на нижний и верхний подъярусы. Первый слагается преимущественно доломитами серыми, крепкими с прожилками и гнездами гипса и глин. Верхнеказанский подъярус включает приказанскую, печищенскую и верхнеус-лонскую толщи (рис. 5), а отложения представлены в основном гипсами и доломитами с редкими прослоями мергелей и глин. Полная мощность пород верхнеказанского подъяруса составляет 53 м.
Приказанская толща (серия «слоистый камень» [14]) присутствует на всей площади Сюкеевского месторождения и сложена доломитами с прожилками, гнездами и отдельными прослоями гипса мощностью до 4.5 м. Доломиты серые, плотные, часто сильно пропитаны битумом. Кроме битума отмечаются включения кристаллической серы. Полная мощность отложений толщи составляет 35 м. В горнотехническом отношении доломиты приказанской толщи подстилают нижний продуктивный пласт гипса Сюкеевского месторождения.
Абс. отметка, м
I_I.
Рис. 4. Геологический разрез Сюкеевского месторождения (условные обозначения см. рис. 5)
Печищенская толща (серии «подбой», «серый камень» и «шиханы») сложена выдержанными по мощности пластами гипса и доломита. На всей площади месторождения в основании разреза толщи находится нижний продуктивный пласт гипса (рис. 2, 4, 5). Гипс белый, кристаллический, массивный с тонкими прослойками доломитов и глин мощностью 0.1-0.7 м. Мощность нижнего пласта составляет 7.9-11.7 м («семисаженник»). Глубина залегания кровли нижнего пласта изменяется от 25 до 117 м и возрастает от Куйбышевского водохранилища вверх по склону (см. рис. 4).
Выше пласта гипса расположен слой доломитов буровато-серых плотных, участками трещиноватых, с включениями кристаллической серы, гнездами, линзами и желваками гипса и прожилками волокнистого гипса (селенита). Мощность доломитов печищенской толщи достигает 7-11 м и они сильно би-туминизированы. Положение слоя доломитов между нижним и верхним продуктивными пластами гипса в Сюкеевском месторождении позволяет рассматривать его как довольно устойчивый скальный массив при селективной промышленной отработке гипсовых пластов. Общая мощность отложений печи-щенской толщи в пределах месторождения достигает 22 м.
В верхнеуслонской толще (серии «опоки» и «подлужник») выделяются снизу-вверх три пачки пород: доломитово-гипсово-глинистая, гипсовая и глинистая. Первая пачка присутствует не на всей площади месторождения и представлена переслаиванием доломита светло-серого, гипса белого кристаллического и глин зеленовато-серых, содержащих прожилки и линзы гипса. Мощность пачки составляет 1.2-5.7 м. Гипсовая пачка (верхний пласт) присутствует повсеместно и сложена гипсом белым, кристаллическим, содержащим небольшие прожилки и включения доломитов и глин. Мощность пласта гипса составляет
га 2 Ф Отдел О ■и о. 'К га э По скем» М.Э. Номнскога
а £ О к о с I | в О а в о
и гаИ
(В X и X о с; о >> ф X X а ф ей СО X О с О
Шиханы
К < X О £ >5 5 к ГС Л ф О. 5 0) м О ж
О £ а. ш с г о. СЗ X ш X сз п га ъи X О. о аз и X 1 X У Ф С < Подбой
X (0 к о X ю о « 1С X а с л X ш £ (в ЬЙ »5 Л О X о с о
Абс. отметка.
Литология
V V V
V V V
V V V
V V V У д V V д
г и-г гт-ц т-
V УД V «V V V
гН-п :
XI. IIIII
I. . II!II
Т4
V V V
V V V
V V V
V УДУ
V V V
V V 0[ . ..
V V V
V V V
V V V
V V V
V уду
V V V
II [ 6 г .
Г I I И
ГР=ГТ1
Г I I Б I
1 Г [ в ||
Г I I I
А1рИа=1 5*1мп(мд)/1мп(са)
О 2 4, 6 В 10 12 14
<
(
/
/
/
У
/
Содержание Мп , 10 спин/г
о Д5 50 т; 100 15ЯГД 2м
Условные обозначения:
У
ЭЕШ
Доломит
Доломит с прослоями глины
Прожилки вторичного доломита
Включения гипса Битуминозность
Рис. 5. Строение верхиеказанского подъяруса, параметр а и содержания Мп2+ в скважине 22
9.3-11.0 м, а глубина залегания его кровли изменяется от 12.2 до 99.6 м (см. рис. 4). На Камско-Устьинском месторождении мощность данного пласта составляет всего 4.6 м, что позволило местным жителям называть данный пласт «семиар-шинником» [19]. Глинистая пачка на Сюкеевском месторождении слагается глинами серыми с включениями гипса и мергелем серым, трещиноватым с прожилками гипса; мощность пачки небольшая (1.75-5.60 м). Общая мощность отложений верхнеуслонской толщи Сюкеевского месторождения составляет 8.2-15.4 м.
Отложения уржумского яруса перекрывают продуктивный верхнеказанский подъярус и развиты на всей площади Сюкеевского месторождения (см. рис. 4). Они представлены преимущественно красноцветными песчано-глинистыми породами с прослоями известняков, доломитов, мергелей и гипса. Мощность уржумских отложений изменяется от 5 до 96 м.
Как отмечалось выше, продуктивная толща Сюкеевского месторождения представлена двумя пластами гипса, которые залегают достаточно глубоко. Поэтому добыча гипса будет осуществляться подземными горизонтальными выработками (штольни, штреки) камерно-столбовым способом без крепления стенок. Опыт подобной разработки имеется как на самом месторождении (бывшие рудники «Горняк» и «Сюкеевский»), так и на действующем Камско-Устьин-ском месторождении (см. рис. 1). Гипс, слагающий нижний пласт Сюкеевского месторождения, довольно монолитный, без трещин. По данным физико-механических испытаний гипс характеризуется следующими показателями: средняя плотность - 2.25 г/см3, пористость - 4.7%, предел прочности при сжатии в сухом состоянии - 14.9 МПа, в насыщенном водой состоянии - 14.0 МПа. Породы, ассоциирующие с гипсом, относятся к группе скальных и будут обладать достаточной устойчивостью при разработке месторождения. Карстовые явления в нижнем пласте при проведении геологоразведочных работ не зафиксированы, однако можно предположить наличие здесь многочисленных карстовых полостей, так как данный район издавна известен широким развитием пещер и провалов в верхнеказанских сульфатно-карбонатных породах ([8, 20] и др.). Гипс верхнего пласта монолитный, крепкий, трещиноватый. Его физико-механические показатели следующие: средняя плотность - 2.29 г/см3, пористость - 1.7%, предел прочности при сжатии в сухом состоянии - 15.4 МПа. Породы пласта относятся к группе скальных и будут обладать хорошей устойчивостью при разработке месторождения. Карстовые явления в данном пласте характерны лишь для прибрежной зоны Куйбышевского водохранилища.
Анализ химического состава продуктивных пластов Сюкеевского месторождения (табл. 2) показал, что гипсовые камни являются в основном чистыми природными разновидностями минерала гипса. Незначительное снижение в отдельных пробах содержания двуводной сернокислой соли кальция объясняется наличием примеси доломитов. Нижний продуктивный пласт гипса отличается большей чистотой и постоянством химического состава, так как содержит меньше карбонатных включений.
Впервые для Сюкеевского месторождения нами изучены особенности доломитов верхнеказанского подъяруса на контакте их с гипсом с помощью метода электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Данным методом однозначно отличают примесные ионы, изоморфно входящие в решетку различных
Табл. 2
Химический состав продуктивных пластов гипса Сюкеевского месторождения
Компоненты Содержание компонентов, %
Верхний пласт Нижний пласт
СаО 26.3 - 32.7 32.1 - 33.0
31.8 32.6
МяО 0.02 - 2.8 0.5 -1.5
1.2 0.87
ЯОз 34.1 - 46.1 43.6 - 46.3
43.1 45.0
СО2 0.42 - 6.3 1.1 - 4.8
3.0 2.2
Я2Оз 0.08 -1.0 0.08 -1.3
0.3 0.2
Нерастворимый остаток 0.6 -18.6 0.3 - 2.2
2.5 0.6
Гидратная вода 15.0 - 20.1 18.8 - 20.1
18.7 19.4
Гипс (Са8О4-2И2О) 73.5 - 99.2 93.7 - 99.5
92.8 96.7
Количество проб 72 128
Примечание: в числителе - минимальное и максимальное содержания компонента, в знаменателе -среднее значение.
минералов, судят о валентности, координации, характере химической связи, локальной симметрии иона, устанавливают связь наблюдаемого спектра ЭПР с определенным структурным положением, а также характер распределения примесных ионов по неэквивалентным структурным положениям [21]. Основываясь на подобных параметрах, можно говорить об условиях формирования минералов и осадочных пород, а также довольно точно определять влияние тех или иных факторов на седиментационные процессы.
Наиболее распространенными парамагнитными центрами в карбонатах Сюкеевского месторождения являются примесные ионы Mn2+, изоморфно замещающие Са2+ и Mg2+ в доломите [22]. По ЭПР-спектрам Mn2+ устанавливается относительная заселённость марганцем Ca- и Mg-позиций в структуре минерала, которая характеризуется параметром a (alpha). Последний достаточно эффективно применяется для расшифровки вопросов доломитообразования [22-24] и представляет собой отношение интенсивности линии Mn в Mg-позиции к интенсивности линии Mn2+ в Ca-позиции [24]:
а = 151 [Mn(Mg)] /1 [Mn(Ca)]. (1)
Анализ ЭПР-спектров Mn2+ и параметра a доломитов из скважины 22 Сюкеевского месторождения показал следующее (см. рис. 5). Карбонатное вещество верхнеказанских отложений представлено исключительно доломитами, что подтверждается и результатами химических анализов для данного района [5, 25]. Минимальные значения содержания Mn2+ ((3^9)-1018 спин/г) установлены в лин-зовидных прослоях и включениях доломитов в верхнем и нижнем пластах гипса
(серии «опоки» и «подбой»). В непродуктивных толщах данный параметр значительно выше и изменяется от 2.6-1019 до 1.92-1020 спин/г. По-видимому, высокие значения концентрации Мп в сериях «слоистый камень», «серый камень» и «шиханы» указывают на меньшую соленость осадочного бассейна в данные временные отрезки и дополнительный привнос марганца с суши поверхностными водами.
Значения параметра а изменяются по разрезу в широких пределах от 2.5 до 13.5. При этом максимальные значения параметра а соответствуют минимальным значениям концентраций Мп в прослоях и линзах доломитов в продуктивных гипсовых пластах (см. рис. 5). Данный факт можно объяснить тем, что при формировании доломитов и сульфатов в соленых эвапоритовых бассейнах Мп занимает позицию Mg , тогда как в менее соленых водах ион марганца предпочитает занимать позицию Са2+. Отсюда значения параметра а в непродуктивной толще разреза Сюкеевского месторождения значительно ниже. Необходимо также учитывать, что особенно в продуктивных пластах гипса, наряду с селенитом, встречаются так называемые «вторичные доломиты», которые характеризуются значениями а менее 5 [23]. Проведенными исследованиями установлено, что параметр а в доломитах не имеет прямой связи с наличием или отсутствием в разрезе гипса, а зависит только от начальных условий образования доломитов в эва-поритовом бассейне. Ранее связь параметра а в доломитах с содержанием в них гипса устанавливалась для загипсованной серии «опоки» в разрезе Печищи [22]. В целом анализ параметра а и поведения иона марганца в доломитах указывает на высокую солёность бассейна в позднеказанское время в районе Сюкеевского месторождения, с чем и связана продуктивность разреза на гипсовое сырье.
В результате геологоразведочных работ, выполненных на Сюкеевском месторождении, установлено 5 водоносных горизонтов. Первым от дневной поверхности залегает водоносная уржумская свита (выше верхнего пласта гипса), вмещающими отложениями которой являются трещиноватые глины, тонкие прослои известняков, мергелей, песчаников и гипса. Воды безнапорные и обладают слабыми удельными дебитами, водопроводимость пластов составляет 0.2-1.0 м2/сут. По химическому составу воды относятся к сульфатным магние-во-кальцевым и гидрокарбонатно-сульфатным магниево-кальцевым, пресным и слабосолоноватым (0.4-1.7 г/л), слабощелочным и очень жестким (до 24 мг-экв./л). Уровень вод имеет незначительные сезонные колебания, которые связаны с объемом выпадающих атмосферных осадков.
В водоносной верхнеказанской свите, к которой приурочены продуктивные пласты гипса, выделяются 4 горизонта подземных вод различной обильности. При этом верхний пласт гипса практически безводен. Между верхним и нижним пластами гипса залегает водоносный горизонт. Вмещающими породами являются трещиноватые гипсы и доломиты. Подошва этого горизонта расположена на 5-10 м ниже уровня Куйбышевского водохранилища (абсолютная отметка 53 м), а уровень вод горизонта устанавливается на абсолютных отметках 53-64 м (рис. 6). Водопроводимость горизонта составляет 0.3-0.7 м2/сут. Воды относятся к сульфатным, хлоридно-сульфатным, магниево- и натриево-кальцие-вым. Они аналогичны по значениям минерализации, щелочности и жесткости вышезалегающим водам уржумской свиты, отличие заключается в повышенном
Абс. отм. 66
64
62I
60 58 56 54 52 50
ОООООООООООООО^^^^^^^^^^^^^ 00000000000000000000 00000000000000000000
<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N<N
о^тоо.-ч^с^т^оотг^тК'-н^оосччосКт
Абс. отм., м 55
54
53
52
51
50 ^-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-
оооооооооооооооооооо оооооооооооооооооооо
3 1 2 1 2 0 2 0 2 0 1 0 1 3 1 2 1 2 0 2
Рис. 6. Колебания уровня Куйбышевского водохранилища (пунктирная линия) и уровней подземных вод на Сюкеевском месторождении по данным режимных наблюдений в скважинах (сплошные линии). Подземные водоносные горизонты: вверху - в доломитах между верхним и нижним пластами гипса; внизу - в доломитах, подстилающих нижний пласт гипса
содержании в казанских водах сероводорода. Режимные наблюдения в скважинах показали, что уровень вод данной водоносной свиты подвержен значительным и незакономерным сезонным колебаниям, что может указывать на два разобщенных водоносных пласта (см. рис. 6). В прибрежной полосе в южной части месторождения происходит резкое увеличение водопроводимости, что, по-видимому, связано с интенсивной закарстованностью и трещиноватостью пород, а также наличием подпора подземных вод Куйбышевским водохранилищем.
В нижнем пласте гипса вода приурочена к трещиноватым зонам. Данный горизонт вскрыт на абсолютных отметках 38-45 м, то есть значительно ниже уреза водохранилища. Воды здесь напорные, их уровень местами фиксируется даже в верхнем пласте гипса, хотя водопроводимость и удельные дебиты горизонта низки и составляют 0.02-0.1 м /сут и 0.001-0.004 л/с соответственно. Воды относятся к гидрокарбонатно-сульфатным, натриево-кальциевым, щелочным, пресные или слабосолоноватые, жесткие и очень жесткие. Сезонные колебания уровня воды данного горизонта незначительны.
Наиболее водообильным в пределах Сюкеевского месторождения являются доломиты, подстилающие нижний пласт гипса. Подземные воды горизонта напорные. Они вскрыты на абсолютных отметках 31-33 м, а их статический уровень устанавливается на отметках 53-54 м. Уровень вод подвержен сезонным колебаниям, практически идентичным изменениям уровня Куйбышевского водохранилища (см. рис. 6), что свидетельствует о тесной связи подземных и поверхностных вод. Водообильность горизонта уменьшается при удалении от водохранилища. Так, водопроводимость горизонта в прибрежной части составляет 250-430 м /сут, а затем уменьшается в северном направлении от 63-120 до 0.113 м2/сут. Состав вод гидрокарбонатно-сульфатный, магниево-кальцевый и на-триево-кальциевый, слабосолоноватый, слабощелочной, очень жесткий. Воды содержат большое количество сероводорода.
Анализ гидрогеологических условий Сюкеевского месторождения свидетельствует о следующем: а) учитывая практически полное отсутствие воды в верхнем пласте гипса, гидрогеологические условия его разработки следует признать благоприятными; б) нижний пласт гипса и слой доломитов между продуктивными пластами гипса включают напорные воды с небольшими дебитами и низкой водопроводимостью, поэтому на большей части месторождения подземные воды не будут препятствовать разработке нижнего пласта гипса, но потребуют проведения осушительных мероприятий; в) наиболее водообильным и напорным является слой доломитов, подстилающих нижний пласт, поэтому при его разработке рекомендуется оставить в подошве охранный целик.
Таким образом, в результате геологоразведочных работ, проведенных на Сюкеевском месторождении разными организациями в предыдущие десятилетия, хорошо выяснены его геологическое строение, вещественный состав и технологические свойства двух пластов гипса. Современная степень изученности гидрогеологических условий верхнего пласта позволяет охарактеризовать месторождение как подготовленное для промышленного освоения. Выполненные в 2008-2009 гг. геологоразведочные работы, опытно-фильтрационные исследования и режимные наблюдения в скважинах позволили подсчитать запасы нижнего пласта гипса и показали, что при его разработке необходимо предусмотреть мероприятия по откачке вод из эксплуатационных горных выработок.
Основные выводы
Породы, слагающие разрез Сюкеевского месторождения гипса, относятся к группе скальных. Характерными особенностями их являются трещиноватость и закарстованность. Однако физико-механические испытания и опыт разработки данного месторождения и подобных объектов в Поволжье позволяют прогнозировать достаточную устойчивость пород при проведении добычных работ.
Учитывая выдержанную мощность и субгоризонтальное залегание верхнего пласта гипса, наличие устойчивых пород кровли и почти полное отсутствие обводненности, горнотехнические условия его разработки можно признать благоприятными.
Горнотехнические условия разработки нижнего пласта гипса являются достаточно сложными в связи с необходимостью проведения осушительных мероприятий и вероятностью развития карста.
Наиболее перспективными участками для поиска новых месторождений гипса в пермских комплексах следует считать антиклинальные поднятия.
Предлагается использовать параметр а как дополнительный поисковый критерий месторождений гипсового сырья.
Кроме месторождений гипса в данном районе известны проявления битумов, серы, минеральных вод, поделочных камней, строительных материалов, что позволяет выделить здесь Сюкеевскую палеоэнергетическую аномалию, требующую детальных геологических работ с применением современных физико-химических методов исследования вещества.
Авторы признательны руководству ТГРУ ОАО «Татнефть» за помощь и содействие в проведении исследований.
Summary
R.Kh. Sungatullin, R.I. Kadyrov, A.N. Tyurin, S.V. Ignatev. Structure and Mining Conditions of Syukeevskoe Gypsum Deposit.
Exploration works carried out at the Syukeevskoe gypsum deposit in 1959-1960 and 2008-2009 showed the possibility of its development by underground mines (adits). Reserves were calculated according to the industrial categories for upper and lower gypsum beds with thicknesses of 7 m and 11 m, respectively. Hydrogeological conditions for the development of the field were characterized. Additional structural and crystal-chemical criteria for the exploration of gypsum deposits in the Permian evaporite basins were proposed.
Key words: gypsum, Syukeevskoe deposit, bed, reserves, groundwater, adit, ESR, manganese.
Литература
1. Бейтс Р.Л. Геология неметаллических полезных ископаемых. - М.: Мир, 1965. - 547 с.
2. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. - М.: КДУ, 2007. - 721 с.
3. Миропольский Л.М. Наиболее рациональные возможности использования гипса в качестве сырья для строительных и других материалов в Татарской АССР // Учен. зап. Казан. ун-та. - 1944. - Т. 104. - 34 с.
4. Игнатьев В.И. Формирование Волго-Уральской антеклизы в пермский период. -Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1976. - 256 с.
5. Методическое руководство по поискам, оценке и разведке месторождений твердых нерудных полезных ископаемых Республики Татарстан (в 3 ч.). Часть 1. Нормативно-правовые, организационные и геолого-экономические основы проведения геологоразведочных работ / Под ред. Ф.М. Хайретдинова, Р.М. Файзуллина. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1999. - 256 с.
6. Хисамов Р.С., Гатиятуллин Н.С., Либерман В.Б. и др. Минерально--сырьевая база Республики Татарстан. - Казань: Фэн, 2006. - 319 с.
7. Троепольский В.И., Гордеев Е.В. История изучения, современное состояние и перспективы Сюкеевского месторождения битуминозных пород как объекта возможной комплексной разработки для использования в народном хозяйстве. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1990. - 155 с.
8. Головкинский Н.А. О пермской формации в центральной части Камско-Волжского бассейна // Материалы по геологии России. - СПб., 1868. - Т. 1, 2. - 146 с.
9. Сунгатуллин Р.Х. Минеральные питьевые воды Республики Татарстан // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2010. - Т. 152, кн. 3. - С. 223-237.
10. Чурбанов А.А., Сунгатуллин Р.Х., Хазиев М.И. Цветные камни правобережья Волги // Георесурсы. - 2008. - № 1. - С. 23-24.
11. Бублейников Ф.Д. По следам залежей нефти и угля. - М.- Л.: Гостоптехиздат, 1951. -336 с.
12. Геология Приказанского района / Науч. ред. А.И. Шевелев. - Казань: ЗАО «Новое знание», 2007. - 208 с.
13. Ноинский М.Э. Геологические исследования в Сюкеевском битуминозном районе осенью 1919 г. // Изв. Главного нефтяного комитета. - 1919. - № 6-7.
14. Ноинский М.Э. Некоторые данные относительно строения и фациального характера казанского яруса в Приказанском районе // Изв. Геологического комитета. - 1924. -Т. 43, № 6. - С. 565-622.
15. Королев Э.А., Хузин И.А., Леонова Л.В., Галеев А.А. Минералогические особенности аутигенных кальцитов Сюкеевского месторждения битумов как результат взаимодействия биогенных и абиогенных факторов // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2008. - Т. 150, кн. 3. - С. 162-168.
16. Королев Э.А., Хузин И.А. Штоковые зоны флюидного внедрения в отложениях верхнеказанского подъяруса над битумной залежью Сюкеевского месторождения (состав, строение, генезис) // Нефть. Газ. Новации. - 2009. - № 9. - С. 24-27.
17. Сунгатуллин Р.Х. Интегральная геология. - Казань: Образц. тип., 2006. - 142 с.
18. Сунгатуллин Р.Х., Буров Б.В., Сунгатуллина Г.М. Геология Республики Татарстан. -Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2008. - 72 с.
19. Геологические памятники природы Республики Татарстан / Под ред. И.А. Ларочки-ной, В.В. Силантьева. - Казань: Акварель-Арт, 2007. - 296 с.
20. Ступишин А.В., Мухитдинова Д.Х. Сюкеевские пещеры. - Казань: Тат. кн. изд-во, 1950. - 24 с.
21. Маслов А.В. Осадочные породы: методы изучения и интерпретации полученных данных. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2005. - 289 с.
22. Муравьёв Ф.А. Литолого-минералогическая характеристика пермских маркирующих карбонатных горизонтов РТ: Дис. ... канд. геол.-мин. наук. - Казань, 2007. - 196 с.
23. Мухутдинова Н.Г. Литология и битуминозность отложений казанского яруса Меле-кесской впадины ТССР: Дис. ... канд. геол.-мин. наук. - Казань, 1991. - 194 с.
24. Тимесков В.А., Крутиков В.Ф., Богданов Н.Г. Геохимия марганца в карбонатных породах магнезитовых месторождений СССР // Сов. геология. - 1983. - № 12. - С. 93-101.
25. Сунгатуллин РХ. Литохимические параметры при исследовании геологического пространства // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2005. - Т. 147, кн. 1. - С. 62-75.
Поступила в редакцию 19.04.11
Сунгатуллин Рафаэль Харисович - доктор геолого-минералогических наук, доцент кафедры региональной геологии и полезных ископаемых Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: Rafael.Sungatullin@ksu.ru
Кадыров Раиль Ильгизарович - аспирант кафедры региональной геологии и полезных ископаемых Казанского (Приволжского) федерального университета.
E-mail: Rail7777@gmail.com
Тюрин Анатолий Николаевич - кандидат геолого-минералогических наук, ведущий геолог ТГРУ ОАО «Татнефть».
Игнатьев Сергей Васильевич - геолог I категории ТГРУ ОАО «Татнефть».
