CC BY
0УДК 622:556.3
С. М. Федотов, А. Г. Радченко, А. А. Петрова
ВОЗРАСТНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ПОРОД И ГОРИЗОНТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ПЛОЩАДИ ПОКРОВО -КИРЕЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПЛАВИКОВОГО ШПАТА
В статье рассматриваются гидрогеологические характеристики горизонтов подземных вод в связи с геологическим строением Покрово-Киревского месторождения плавикового шпата, расположенного в зоне сочленения Донбасса с Приазовским блоком Украинского щита, с целью прогнозирования водопритоков в горные выработки.
Ключевые слова: подземные воды, водопритоки, горные выработки.
Введение. Покрово-Киреевское месторождение комплексных флюоритовых руд расположено на северной и северозападной окраинах села Кумачёво Старобешевского района Донецкой области. Месторождение было открыто в 1958 году при поисках редких металлов. В период с 1958 по 1962 гг. Приазовской комплексной геологоразведочной экспедицией была проведена детальная разведка месторождения [1]. В 1963 году подсчитаны и утверждены запасы Протоколом ГКЗ № 3930 от 26.02.1963г.: по категории С1 - 1927 тыс. т.; по категории С2 -300 тыс. т. По масштабу запасов для месторождений плавикового шпата оно отнесено к средним.
Покрово-Киреевское месторождение плавикового шпата по "Классификации запасов месторождений и природных ресурсов твердых полезных ископаемых" относится к третьей категории сложности геологического строения, которая обусловлена сложным тектоническим и геологическим строением и, таким образом, сложными горнотехническими и инженерно-гидрогеологическими условиями разработки. В настоящее время в РАНИМИ проводятся работы по оценке эффективности ком-
плексного освоения природных ресурсов Покрово-Киреевского месторождения. При комплексной отработке флюоритовых руд попутно могут быть получены различные нерудные полезные ископаемые: известняки, огнеупорные глины, кварцевые разнозер-нистые пески, глауконит-кварцевые песчаники, туфогенные глины, а также нефелиновые сиениты, используемые в промышленности как сырьё на глинозем.
Одним из ценных полезных ископаемых в районе месторождения является вода. Результаты изучения водоносных горизонтов на площади Покрово-Киреевского месторождения могут стать основой для решения вопросов водоснабжения населения. Поэтому, основными задачами данной статьи являются: а) исследование влияния геологического строения Покрово-Киреевского месторождения на гидрогеологические характеристики горизонтов подземных вод; б) изучение распространения водоносных горизонтов в различных возрастных породных комплекса месторождения; в) оценка возможных водопритоков в горные выработки при различных схемах отработки.
Изложение рассматриваемых вопросов. Нами рассмотрены результаты пробных и опытных откачек по скважинам, проведена их систематизация и привязка к конкретным горногеологическим условиям месторождения.
Согласно схеме гидрогеологического районирования [2], площадь Покрово-Киреевской структуры и одноименного месторождения плавикового шпата относится к юго-восточной части гидрогеологической области трещинных вод Украинского кристаллического массива на границе с Донецкой гидрогеологической областью. Преимущественное распространение здесь имеют порово-трещинно-пластовые воды в известняках и песках сарматских и понтических отложений [3]. Распространение горизонтов подземных вод на изучаемой нами площади представлено на рисунке 1.
Четвертичные отложения представлены аллювиальными разнозернистыми песками с прослойками глин и суглинками с мощностью слоя 7,0 - 21,0 м. В четвертичных отложениях в пределах территории района месторождения по литологии, условиям залегания и распространения выделяются два основных водоносных горизонта: порово-пластовые воды аллювиальных, ал-
лювиально-делювиальных отложений и эолово-делювиальных отложений водораздельных равнин и их склонов [4].
I аО I I \HS,N,P\ 2 I P.N I 3 4 I О I 5
I С \а | D 17 ^^н
1 - порово-пластовые воды песчаных аллювиальных четвертичных отложений;
2 - порово-трещинно-пластовые-воды в известняках, песках сарматских и понтических отложений;
3 - порово-трещинно-пластовые воды в песках песчаниках, известняках палеогеновых и неогеновых отложений;
4 - порово-трещинно-пластовые воды в песках, песчаниках, мергелях верхнемеловой системы;
5 - трещинно-карстовые и пластово-трещинные воды карбонатных нижнекаменноугольных отложений;
6 - трещинно-жильные и пластово- трещинные воды терригенных каменноугольных отложений;
7 - трещинно карстовые и пластово-трещинные воды терригенных и карбонатных девонских отложений;
8 - трещинно-жильные и пластово-трещинные воды в гранитах, мигматитах, гнейсах и других кристаллических породах архея и протерозоя
Рис. 1 - Площади преимущественного распространения водоносных горизонтов и комплексов подземных вод Восточной части Приазовья и Донбасса
Водоносный горизонт неогена имеет повсеместное
распространение на площади месторождения и представлен кварцевыми грубоокатанными средне- и разнозернистыми песками, включающими в себя маломощные прослои глин и алевроли-
та по отдельным скважинам (рис. 2). Мощность его колеблется от 3,0 до 42,0 м, средняя мощность - 25,0 м. По результатам опытной откачки по скважине № 1Г этот горизонт характеризуется следующими показателями: дебит - 1,2-5,39 л/сек; динамический уровень - 5,42-7,9 м; статический уровень - 1,55 м. Средняя величина коэффициента фильтрации песков составляет 0,1124 м/час. Глубина залегания подошвы водоносного комплекса (Р, N) от поверхности земли составляет в среднем 30 м. Преобладающий состав газов, растворенных в отложениях этого комплекса - азотный. Воды сарматских песков неогена используются для водоснабжения отдельных населенных пунктов и ферм
[1] - [4].
Водоносный горизонт меловых отложений (K2) приурочен к глауконитово-кварцевому, мергелистому и трещиноватому песчанику, ниже которого залегает известняк. Мощность верхнемелового горизонта колеблется от 6,0 до 44,8 м, а средняя составляет 27,0 м (рис. 2). По результатам опытных откачек по скважинам № 2Г и № 4Г этот горизонт в интервале залегания песчаника и известняка имеет следующие гидрогеологические характеристики: дебит (max) - 7,86-9,14 л/сек; динамический уровень (max) - 17,18-17,8м; статический уровень - 0,3-3,3 м. По скважине 5Г был опробован только слой известняка в интервале 61,0-63,2м и установлены следующие показатели: дебит - 0,330,71 л/сек; динамический уровень - 10,21-37,07 м; статический уровень - 0,5 м. Глубина залегания подошвы водоносного комплекса меловых отложений (K2) от поверхности земли составляет в среднем 61,0 м, преобладающий состав газов, растворенных в подземных водах - азотный.
Водоносные горизонты карбона приурочены к трещиноватым известнякам турнейского и визейского ярусов. При этом в карбонатной толще выделяются три зоны, раздельно опробованные: надрудная, рудная и подрудная. Надрудная зона сложена мощными толщами известняков (C1tc, C1tb), в кровле которых залегают отложения мелового возраста. Рудная зона мощностью около 78 м наиболее полно представлена в скважине № 76 и характеризуется чередованием достаточно мощных слоев всех трех типов флюоритовой руды с единичными слоями известняка и кератофира.
Подрудная зона представлена мощными (до 34 м) слоями девонских пород: песчаника, кератофира, ортофира, базальта и магматических пород с интервалами тектонической брекчии (мощностью до 15 м), состоящей из обломков указанных пород.
Положение статического и динамического (max) уровня воды, а также дебит скважин по результатам опытных откачек в отложениях карбона показаны на рисунке 3.
Степень водообильности всех трех зон почти одинакова. Несколько повышенной водообильностью отличается надрудная зона, характеризующаяся дебитом от 3,9 м3/час до 46,8 м3/час, коэффициент фильтрации толщи пород этой зоны в среднем составляет 0,1303 м3/час (0,0253 - 0,270). Дебит рудной зоны равен 0,6 - 30,2 м3/час, средний коэффициент фильтрации -0,123 м/час. Дебит подрудной зоны меняется в пределах от 18,3 до 31,2 м3/час, коэффициент фильтрации составляет 0,0273 м/час. Общий дебит по всей карбонатной толще изменяется от 11,2 до 35,0 м3/час. Средняя величина коэффициента фильтрации для всей карбонатной толщи составляет 0,1 м/час. Состав газов, растворенных в подземных водах каменноугольных отложений -азотный.
Отложения девона на площади месторождения представлены кератофирами и ортофирами антоновской свиты девона (D2-3an). Их водоносность изучена по скважинам №№ 116 и 103.
Гидрогеологические характеристики этих отложений также показаны на рисунке 3. При невысоком дебите этих отложений, составляющим в среднем 0,92-2,92 л/сек в ненарушенном массиве пород, он значительно возрастает в тектонической зоне, сложенной трещиноватыми и перемятыми кератофирами с глинкой трения и равен 3,16-5,33 л/сек (скв. №103). Средняя величина коэффициента фильтрации составляет 0,0206 м /час.
Качественная характеристика воды. Анализ проб воды на месторождении указывает на наличие трех гидрохимических зон, резко отличающихся химсоставом и техническими свойствами воды: неоген-палеогеновой, меловой и карбонатной [1].
Воды неоген-палеогеновых песков минерализованы (сухой остаток - 1552 мг/л), жесткость невысокая (постоянная -8,59 мг/экв., общая - 13,24 мг/экв.).
-20.0
31.8
Кг
58.0
■ |
о.зо
-#-9,17 т!П
-*- 17.18 тах
41.0
62.8
Скв. 2г — о
—8,75
15-1« 16.4£
N
20.95 22.95 25.15
30.55
30.8 —37.7
58.9
— 3.3
#—4- 7.2 ГП1П
1—#- 17.8 тах
43.0
5.42 т1п 4— 7.9 тах
Скв.5г
16.1
18.7
N
26.5
31.5 32.1 34.0
44.0
49.9
Кг
58.9
ж
З&ЙЯЙ
т
— 0.5
-4- 10.21 т!п
■+■ 37.07 тах
81
63.5
63.2
зй
Е
7 ЕЕЗ101 Н
1 - суглинок; 2 - глина; 3 - песок; 4 - алевролит; 5 - песчаник; 6 - известняк; 7 - галечник; 8 - интервал опытных откачек по скважинам; 9 динамический уровень воды; 10 - статический уровень воды; 11 -дебит по скважине, л/сек
Рис. 2 - Гидрогеологический разрез по скважинам опытных откачек в неогеновых и меловых
отложениях
Воды вспенивающиеся, способны отлагать большое количество твердого котельного осадка. Могут быть использованы для орошения. Содержание фтора в этих водах составляет 0,8 мг/л. По временной жесткости, содержанию Mg" и общей кислотности воды неагрессивны. По содержанию $04" воды агрессивны ко всем видам несульфатостойких цементов.
Воды меловых отложений минерализованы (сухой остаток - 1,5^1,6 г/л), довольно жесткие (общая жесткость - 13,8 мг/экв., постоянная - 9,4 мг/экв.). Содержание фтора в воде составляет 0,5^1,0 мг/л. Технические свойства довольно высокие: по временной жесткости, общей кислотности и содержанию Mg" воды неагрессивны, по содержанию $04" воды агрессивны ко всем видам несульфатостойких цементов. Вода вспенивающаяся, жесткая, при кипячении отлагает большое количество нерастворимых котельных осадков. Вода может быть использована для орошения. После бактериологического анализа вода может быть рекомендована для питьевых и водопойных целей.
Воды каменноугольных отложений имеют сравнительно невысокую минерализацию (сухой остаток - 985^1233,0 мг/л), нежесткие (общая жесткость 5,65^8,60 мг/экв, постоянная -2,4^5,0мг/экв). Технические свойства воды довольно высокие, по временной жесткости и содержанию Mg", в большинстве случаев, воды неагрессивны. По содержанию $04" воды агрессивны ко всем видам несульфатостойких цементов. Воды вспениваются, при кипячении отлагают большое количество нерастворимых котельных осадков. Воды могут использоватся при орошении. Из-за высокого содержания фтора (до 5мг/л) вода не может быть рекомендована для питьевых целей.
Изучение химического состава вод девонских отложений не производилось.
Заключение.
1. В геологическом разрезе участка Покрово-Киреевского месторождения установлено 5 основных водоносных комплексов, характеризующихся высокой водообильностью и приуроченных к определенным стратиграфическим отложениям пород.
116
103 111
76 2066 867 102
46 856 109 44
857
|2 ЕММ 3
Щи ГчП^Ь ШЩ14 ППТЬз
|-..-.-.-...-|9
Г"Д~1.7 Е
] 18 I---119 I С-1]) 120
1 - четвертичные глины и суглинки; 2 - неогеновые пески, глины; 3 - 5 - меловые образования; б - андезиты, андезитовые порфириты; 7 - дайкообразные тела; 8 - нижний карбон, известняки визейского и турнейского ярусов; 9 - маркирующие горизонты песчаников; 10 -гравелит эффузивных пород; 11 - кератофиры, ортофиры; 12 - граниты; 13 - 15 - рудные тела; 16 - тектонические нарушения; 17 -интервал опытных откачек по скважинам; 18 - динамический уровень воды; 19 - статический уровень воды; 20 - дебит по скважине,
Рис. 3 - Гидрогеологический разрез по скважинам опытных откачек в отложениях карбона и девона
К ним относятся водоносные горизонты четвертичных (Q), неогеновых (N1s), меловых (K2), карбоновых (C1t, C1V) и девонских отложений (D2-3an). Наиболее сложным и водообильным является горизонт карбонатных пород нижнего карбона (C1t, C1V), что обусловлено как тектоническим строением этих участков, так и высокой степенью их выщелачивания.
2. Продуктивная толща месторождения, представленная отложениями нижнекаменноугольного возраста (известняки, флюо-ритовые руды, кератофиры) и состоящая из трех рудных зон, обводнена в значительной степени с общим дебитом от 11,2 до 35,0 м3/час, который может значительно увеличиваться в местах проявления интенсивной тектонической нарушенности.
3. Ожидаемый водоприток из водоносных горизонтов неогенового, мелового, каменноугольного и девонского возрастов при открытом способе разработки месторождения составит 2300 м3/час, при подземном - 1870 м3/час, распределяясь следующим образом: неоген-палеогеновые пески - 200 м3/час; меловые отложения (песчаники) - 550 м3/час; карбонатная толща -1100 м3/час; альбитофиры - 400 м3/час.
4. Установленные ранее геологоразведочными работами гидрохимические зоны подземных вод, отличающиеся разными качественными показателями - минерализацией, жесткостью и содержанием фтора, требуют дополнительных исследований закономерностей их пространственного распространения и приуроченности к геологическому строению площади месторождения.
Исследования проводились в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного задания (№ госрегистрации 1023020700022-32.7.5).
ЛИТЕРАТУРА
1. Покрово-Киреевском месторождении плавикового шпата в 1958-1962 гг. [Текст] : отчет (заключтельный) : Приазовская комплексная геологоразведочная экспедиция; рук.: Стремовский А. М.; исполн.: Зарицкий А. И. [и др.]. - Волноваха, 1962. - 528 с.
2. Гидрогеология СССР [Текст] / Под редакцией А. В. Сидоренко и др. - т. V. Украинская ССР. - М.: Изд. "Недра", 1971. -614 с.
3. L - (36), (37). Государственная геологическая карта СССР (Симферополь) [Карты]: [карта подземных вод] / сост. и подг. к печати ФГБУ «ВСЕГЕИ» в 1983г.; гл. ред. П. Н. Сторчак; редактор И. Н. Павловец. - 1 : 000 000, 10 км в 1 см; - Л.: Картографическая фабрика ВСЕГЕИ, 1986.
4. Пояснювальна записка до оперативного приросту запасiв комплексних ванадшвмщуваючих титано-магнетитових руд по Покрово-Кирй'вському рудопрояву за 2012 р. [Текст] : звгг (за-ключний) : Приазовська комплексна геолопчна пар^я; кер. Стре-козов С. Н.; викон.: Груба В. В. [та ш.]. - Волноваха, 2012. - 69 с.
Федотов Сергей Михайлович, старший научный сотрудник геологического отдела ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, fedotov.sp.sl@gmail.com.
Радченко Александр Григорьевич, ведущий инженер геологического отдела ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, aradov@yandex.ru.
Петрова Алена Александровна, геолог II категории геологического отдела ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, alena.petrova_1994@mail.ru.
AGE-RELATED ROCK COMPLEXES AND GROUNDWATER HORIZONS IN THE AREA OF THE POKROVO - KIREEVSKY FLUORSPAR DEPOSIT
The article discusses the hydrogeological characteristics of groundwater horizons in connection with the geological construction of the Pokrovo-Kirevskoye fluorspar deposit located in the area of the junction of Donbass with the Azov block of the Ukrainian Shield, in order to predict water flows into the mine workings.
Keywords: groundwater, water flows, mining operations.
Fedotov Sergej Mihajlovich, senior research associate of the geological department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, fe-dotov.sp.sl@gmail.com.
Radchenko Aleksandr Grigorevich, lead engineer of the geological department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, aradov@yandex.ru.
Petrova Alena Aleksandrovna, geologist of II categories of the geological department, Federal State Budgetary Institution «RANIMI», Russia, DPR, Donetsk, alena.petrova_1994@mail.ru.
