Розглянути теоретичні умови формування родовищ
Провести огляд просторового розподілу родовищ вапняків та умов їх формування
Виділити основні чинники, що визначають якість сировини окремих родовищ, а також однорідних блоків якості на одному родовищі
Отримати статистичні характеристики показників якості вапняків південно-східної частини Оленівського родовища
Побудувати карту розподілу сортів якості для різних галузей промисловості на південно-східній частині Оленівського родовища
Ідея роботи
Детальний розгляд геологічних умов, тектоніки і хімічного складу сировини дозволить обгрунтувати зв'язок геологічних факторів з якістю сировини в межах родовища
Об'єкт і предмет досліджень
Об'єкт — південно-східна частина Оленівського родовища вапняків. Предмет — моделювання і прогнозування якості мінеральної сировини
Можливі результати, їх новизна і значення
Результатом роботи будуть прогнозні сортові карти розподілу якості вапняків, які будуть використані на виробництві, а також закономірність розподілу якості залежно від генетичних особливостей формування родовища
Запланована апробація результатів
За результатами роботи планується одна публікація (стаття) та виступ з доповіддю на конференції
Огляд досліджень за темою
Був проведений аналіз літератури і фондових матеріалів на тему карбонатної сировини в Україні та за її межами. Особлива увага приділялася вивченню нижньокам'яновугільних відкладів вапняків зони зчленування Приазовського мегаблоку Українського щита та складчастого Донбасу.
В Україні вивчення відкладів нижнього карбону Донбасу проводилося поруч геологів, починаючи з середини XIX століття. Зокрема, Рота О.П. в 1928 - 1929 рр.. вироблено геологічне картування південно-західній частині Донбасу, в результаті котрого була прийнята нова індексація стратиграфічних зон. Укргеолтрестом МЧМ зроблена геологічна зйомка масштабу 1:100000 з метою уточнення подальших напрямів геологорозвідувальних робіт по нарощуванню балансових запасів флюсових вапняків і доломітів. У 1972-1978 рр.. Приазовської ГРЕ тресту "Артемгеологія" була проведена детальна розвідка ділянки "Східний рудник" до глибини ± 0 м. з підрахунком запасів на 01.01.78 р. За результатами детальної розвідки в 1976 р. Інститутом "Южгіпроруда" були розроблені постійні кондиції для підрахунку запасів карбонатного сировини ділянки та затверджені ДКЗ.
Вивченням геолого-тектонічних особливостей залягання карбонатної сировини в зоні зчленування Приазовського мегаблоку Українського щита та складчастого Донбасу займався вчений А.І. Недошовенко. У його статті "Про методику розвідки родовищ карбонатної сировини південно-західної частини Донбасу", опублікованій в 1977 році, висвітлена проблема закарстованості досліджуваного району та недосконалість системи геологічної розвідки подібних ділянок.
У роботі А. В. Канунникова і В.І. Ремізова "Літологічні особливості, постседіментаціонние зміни і поровий простір середньо-нижньокам'яновугільних вапняків" (1977р.), дослідження карбонатних порід проводилися для оцінки колекторів, які широко використовуються при пошуку нафти і газу.
У роботі В.А. Михайлова, М.М. Курило, Н.Ю. Галкіної «Визначення залежності між рентабельністю гірничодобувних підприємств і техніко-економічними характеристиками вітчизняних родовищ флюсового карбонатної сировини» (2005р) розглянута проблема забезпечення якісним карбонатною сировиною металургійного виробництва у зв'язку зі збільшенням технічних вимог промисловості до якості вапняків.
Генезис вапняків
Переважна частина карбонатної седиментації, хоча і не вся повністю, є результатом хімічних і біохімічних процесів у специфічній морському середовищі, для якої характерна прозора тепла вода і мілководді. Фейрбрідж призводить малюнок (рис. 1.1), на якому в масштабах планети показана чітка зв'язок такого осадконакопичення з екваторіальним поясом і областями теплих океанічних течій. На ньому видно, що неритовою карбонатні опади розташовуються на північ і південь від екватора нижче широти 30 °. Між 40-ю паралеллю південній та північної широти на дні глибоких океанічних басейнів знаходиться велика кількість карбонатного матеріалу, але в більш високих широтах його немає, за винятком Північної Атлантики уздовж Гольфстріму. У теплих прозорих водах відкладаються найтовщі раковини безхребетних кальцитове або арагонітовий складу, там же виростає велика частина вапнякових водоростей. Правда, у більш холодних водах живе величезна кількість безхребетних, з панцирів або раковин яких можуть утворюватися раковини мулисті піски але інші типи карбонатних опадів, такі як оолітові, грудкуватих, пелітоморфние, ріфогенниє вапняки і карбонатні мули обмежені в своєму поширенні тропічної і субтропічної зоною.
Однак самі по собі тропічні води не є достатньою умовою утворення карбонатних опадів. Вода повинна бути прозорою. Великі карбонатні банки вздовж берегів Мексиканської затоки розташовуються в районах, найбільш захищених від головної притоки тонких уламкових опадів. Останні простягаються далеко на південний схід від тягнеться у західному напрямку вздовж берега виносу глинистих частинок р. Міссісіпі і відокремлені глибоководними ділянками від глинисто-алевритових матеріалу, який надходить з великого о-ва Куба. Протилежна ситуація на шельфі Південно-Китайського моря на північ від Індонезії, де велика плоска підводний височина - екваторіальне мілководді несе на собі тільки ізольовані рифові скупчення уздовж північного та східного країв, оскільки великі річки з Суматри, Яви і Калімантану на півдні і заході виносять тонку суспензію в море і тим самим перешкоджають утворенню карбонатних опадів. Фейрбрідж вказує, що практично на всіх мілководних шельфах в строго обмеженою екваторіальній області карбонатообразованіе пригнічується тонким теригенними виносом великих тропічних річок.
В Україні найбільші родовища вапняків зосереджені на території Донбасу та в Криму. Це зумовлено геологічною історією розвитку регіонів.
Виникає питання, за наявності будь морського середовища і які конкретно хімічні та біологічні фактори контролюють освіта рясних карбонатних відкладень? В даний час тропічні моря можна вважати майже досягли насичення СаС03. Тому будь-який процес, що приводить до видалення С02 з нормальної води (рН = 8,4), перетворює бікарбонатний іон в монокарбонатний і сприяє випаданню в осад СаС03. Як мінімум, в цьому процесі можуть брати участь наступні чинники: підвищення температури, інтенсивне випаровування, приплив перенасиченої води в області, де є зародки СаСО3 або каталізатори, підйом морської води з області високих тисків до низьких, змішування води, багатої С03 і бідною Са2 + з морською водою, органічні процеси в рідинах живого організму, розкладання за участю бактерій, що дає аміак, зростання рН і збільшення концентрації карбонатів і видалення С02 в процесі фотосинтезу.
Геологічна характеристика родовища, що досліджується
Оленівське родовище флюсових вапняків і доломітів розташоване в південно-західній частині Донецького басейну. Приурочене до смуги виходів порід нижнього карбону, що пролягли зі сходу на захід від с. Роздольне через с. Стіла, м. Докучаєвськ, с. Новотроїцьке до с. Ольгінка.
Ділянка «Східний рудник» представляє собою товщу вапняків турнейського і Візейська ярусів нижнього карбону, що залягають відносно спокійно. З північного заходу і південного сходу ділянка обмежена порушеннями скидного характеру. Звідси площа утворює щось на кшталт горсту, обмеженого товщею некондиційних вапняків і мергелів віку С1vd, С1vе, С1vf. Як встановлено багаторічним досвідом геологорозвідувальних та експлуатаційних робіт на родовищах карбонатної сировини в південно-західній частині Донбасу, карст і прошарку некондиційних порід у товщі корисної копалини розподіляються зовсім незакономірно і не можуть бути геометризовані в просторі. Це положення у такій же мірі відноситься і до видового і сортовому складу карбонатної сировини, регламентованого кондиціями.
Значне прояв тектонічних процесів в районі родовища зумовило повсюдне розвиток тріщинуватості нижньокам'яновугільних порід. Більшість тріщин не має заповнення і служить провідними каналами для підземних вод, що сприяє широкому розвитку процесів карстоутворення.
Кондиційна товща карбонатних порід ділянки «Східний рудник» представлена флюсовими вапняками і доломітами.
Тіло корисної копалини на ділянці «Східний рудник» складається з декількох шарів карбонатних порід, які полого занурюються в північно-східному напрямку під кутами 8-12 градусів. Товща кондиційного сировини має складну гіпсометричних поверхню, обумовлену процесами карстоутворення карбонатних порід, а також гірськими виробками, якими тіло розкрите на більшій частині площі.
Методика обробки експериментальных даних
Для отримання точних відомостей про причини і закономірності мінливості показників якості вапняків, необхідно провести просторово-статистичне дослідження даних південно-східної частини Оленівського родовища. Дані являють собою просторово прив'язані значення хімічних аналізів проб за пластопересеченіям розвідувальних свердловин. Вибірка містить у собі дані випробування 35 свердловин (1427 секційних проб, середня довжина секції 2,0 м). Для вивчення просторової мінливості якості необхідно виконати: - Перевірку відповідності кількісних показників якості вапняків південно-східної частини Оленівського родовища вимогам промисловості; - Аналіз просторової мінливості показників для визначення їх залежності від генетичних чинників; - Побудова карт комплексного показника; - Виділення сортів вапняку для різних галузей промисловості на карті комплексного показника. Аналіз кількісних даних якості вапняків включає в себе визначення відповідності досліджуваних показників вимогам разлічниз галузей промисловості. показує, якою мірою зміна значення одного призна ка супроводжується зміною значення іншої ознаки в даний ¬ ної вибірці. Значення коефіцієнта кореляції змінюються в інтервалі від -1 до 1. Крайні значення цього інтервалу вказують на функціональну лінійну залежність ознак, нуль - на відсутність статистичного зв'язку. Розрахунок коефіцієнта кореляції дозволив встановити, що в межах досліджуваного родовища між показниками CaO і MgO існує значущий зворотній кореляційний зв'язок (Кк = -0,803). Це свідчить про те, що в тих різновидах вапняків, де вміст CaO високий, зміст MgO знижується. Це призводить до переходу одного сорту вапняків в іншій. Також на підставі кореляційних зв'язків проводиться розрахунок і побудова комплексного показника якості, який дозволяє значно підвищити достовірність сортових планів. Найбільш достовірні статистичні та просторові характеристики показників можуть бути отримані для однорідного середовища. З цією метою статистичне дослідження проведено окремо по: 1) Всій продуктивній товщі родовища в цілому; 2) Окремо по кожному стратиграфічному горизонту; Середні значення показників якості вапняків в цілому по східній частині родовища складають (у ваг.%): СаО - 40,33; MgO - 10,58; SiO2 - 3,08; Al2O3 + Fe2O3 - 1,97; S - 0,06; P - 0,003. В результаті експериментальної обробки даних отримані середньозважені показники якості за стратиграфічним обріїв. При їх порівнянні встановлено, що вміст CaO різко збільшується починаючи з горизонту C1tb2, разом з тим значно зменшується вміст MgO, що свідчить про зміну умов формування вапняків: горизонти C1ta1, C1ta2, C1tb1 формувалися в прибережно-морських, лагунних умовах, при інтенсивному випаровуванні води і підвищеної солоності, але потім змінилися більш глибокими зонами за рахунок великої трансгресії. Найбільш високі значення значення CaO встановлені на горизонті C1tb2 (рис. 1.2), що відповідає найбільш якісним сортам.
Карстові явища
У результаті процесу вилуговування у вапняках і доломітах турнейського і візейського ярусів утворилися карстові порожнини.
На ділянці «Східний рудник»найбільш поширеною формою зовнішнього карсту є карстові воронки. В плані вони мають форму кола. Глибина їх - від кількох до 60-80 м і навіть більше 100 м, діаметр - від 5-10 до 100 м. Найбільший розвиток карст досягає поблизу тектонічних порушень і особливо в знижених частинах рельєфу, по руслах балок і річок. Внутрішній карст має вельми незакономірно і нерівномірне поширення як за площею, так і на глибину. Він являє собою надзвичайно складне поєднання каналів, порожнин, печер, щілин. Ці карстові порожнини у вибоях кар'єрів, а також за даними геологорозвідувальних робіт мають розміри по горизонталі від декількох сантиметрів до 30 м, по вертикалі - до 10 м. Карстові порожнини заповнені піщано-глинистим матеріалом різного забарвлення. Закарстованість карбонатних порід окремих стратиграфічних горизонтів як по родовищу, так і по ділянці «Східний рудник»коливається в широких межах. Внутрішня закарстованість по горизонтах ділянки у відсотках наведена в таблиці 1.2
З наведеної таблиці видно, що породи стратиграфічних горизонтів з високим вмістом кремнезему менше вилужені, вапняки ж хімічно більш чисті закарстован більшою мірою.
Висновки
На підставі вивчення досліджень за темою роботи, а також статистичної обробки даних випробування та її інтерпретації робиться висновок про найбільш вагомих факторів, які вплинули на просторовий розподіл якості. Побудовано карти розподілу сортів якості, даються практичні висновки і рекомендації з відпрацювання досліджуваного родовища.
На даний момент магістерська робота знаходиться в стадії розробки. Після грудня 2011р. повний текст роботи можна отримати у автора або наукового керівника.
Література
- Chilingar G.V. Noteson classification of carbanate rocks on basis of chemical composition, Journ. Sediment. Petrol., 157-158p., 1960e.
- Leith C.K., Mead W.J. Metamorphic geology, Holt, New York, N.Y., 337p., 1915e.
- Mosher L.C., Pinney R.I. Limestone nomenelature, the Compass of Sigma Gamma Epsilon, 219-222p., 1963e.
- L.L., Environments of limestone deposition, Journ. Sediment. Petrol, 109-113p., 1947e.
- Thomas H.D. Misuse of “bioclastic limestone”, Bull. Am. Assoc. Petrol. Geol., 44, 1833-1834p., 1960e.
- Волкова Т.П. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геолого-мінералогічних наук «Підвищення достовірності оцінки якості сировини пріразведке родовищ каолінів (на прикладі Просянівського родовища), 1988г.
- Волкова Т. П. Методика геолого-технологічного картування родовищ каолінів / Т. П. Волкова, О. С. Вершинін / / Гірський журнал. Известия 1393.6, 1993. - № 4. - С. 12-18.
- Волкова Т. П., Рогаченко А. М. Дослідження якості вапняків з метою оптимізації відпрацювання Родниковського родовища / Наукові праці ДонНТУ - Донецьк, 2010р.
- Ляхов Г. М. Нерудні копалини - вапняки, глини, уламкові гірські породи - М., 1948 .- 116 с.
- Лыгина Т.З. [Электронный ресурс] / Т.З. Лыгина Комплексна переробка неметалевих корисних копалин як основа інноваційних проектів - 2008 - загл. з титул. екрану. - Вільний доступ з мережі Інтернет. – http://www.krc.karelia.ru/doc_download.php?id=1827&table_name=publ&table_ident=3898
- Митинский А. В. Флюс, в металургії [Електронний ресурс]: Енциклопедичний словник Брокгауза і Єфрона. - Електрон. дан. - Санкт-Петербург, 1890-1907 - Режим доступу: http://ru.wikisource.org/wiki/ЭСБЕ/Флюс,_в_металлургии.. – Загл. с экрана.
- Михайлов В. А. [Электронный ресурс] / В. А. Михайлов, М. М. Курило, Н. Ю. Галкина. // Визначення залежності між рентабельністю гірничодобувних підприємств і техніко-економічними характеристиками вітчизняних родовищ флюсового карбонатного