ДонНТУ   Портал магистров

Микитюк Максим Артемович

Факультет горно-геологический

Кафедра полезных ископаемых и экологической геологии

Специальность Геологическая съёмка, поиск и разведка

Исследование пространственного распределения ставролита в продуктивных горизонтах Осипенковской площади в связи с оценкой её перспективности

Научный руководитель: д.г.н., профессор Алёхин Виктор Иванович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• 1. Общая характеристика работы
• 1.1. Актуальность исследований
• 1.2. Связь работы с научными программами, планами, темами
• 1.3. Цель работы
• 1.4. Задачи исследований
• 1.5. Объект исследования
• 1.6. Предмет исследования
• 1.7. Методы исследований
• 1.8. Научная новизна
• 1.9. Практическое значение
• 1.10. Личный вклад автора
• 1.11. Апробация результатов
• 2. Обзор исследований по теме
• 3. Геологическая характеристика исследуемого района и Осипенковского месторождения
• 4.Краткие результаты работы
• Выводы
• Список использованной литературы

1. Общая характеристика работы

1.1. Актуальность исследований

Флюсы являются важнейшим видом нерудного природного сырья, используемого черной металлургией для выплавки железа. В настоящее время при производстве стали для ускорения процессов шлакообразования и десульфурации металла в качестве разжижающих добавок широко применяются боксит и плавиковый шпат. При этом плавиковый шпат является остродефицитным сырьем, частично импортируемым из-за рубежа. Исследованиями, выполненными ДонНИИчерметом, ДонНИ ГРИ и Макеевским металлургическим заводом, было установлено, что альтернативным источником боксита и плавикового шпата является ставролит [6].

Возникает необходимость в исследовании особенностей пространственного распределения ставролита в продуктивных горизонтах Осипенковской площади в связи с тем, что:

• плавиковый шпат является остродефицитным сырьем, и импортируется в Украину из Монголии и др. стран.

• потребности черной металлургии в ставролите (примерно 300 тыс. т в год) могут быть удовлетворены на многие годы за счет запасов Осипенковского месторождения. При этом учитываются потребности не только сталеплавильного, но и доменного производства, где внедрение в недалеком будущем новой технологии применения разжижающих добавок приведет к резкому увеличению потребления ставролита [6].

1.2. Связь работы с научными программами, планами, темами

Тема работы связана с общегосударственной программой развития минерально-сырьевой базы Украины на период до 2030 г. ( Відомості Верховної Ради України (ВВР), 2011, N 44, ст.457 ), направлениями научных исследований кафедры ПИ и ЭГ.

1.3. Цель работы

Целью данной работы является исследование особенностей пространственного распределения ставролита в продуктивных горизонтах Осипенковской площади для улучшения эффективности извлечения запасов.

1.4. Задачи исследований

В соответствии с поставленной целью работы были определены следующие задачи исследования:

1. Исследование состояния вопроса (анализ ранее проведенных исследований).

2. Анализ геологического строения Осипенковской перспективной площади.

3. Исследование минерального состава продуктивных толщ с ипользованием методов математической статистики.

4. Установление особенностей пространственного распределения полезного ископаемого в ставролитсодержащих породах и факторов, влияющих на его распределение.

5. Построение графической модели месторождения с отражением распределения минерального сырья в породах.

6. Определение наиболее перспективных участков для первоочередной отработки.

1.5. Объект исследования

Объект исследований – кристаллические сланцы Осипенковской перспективной площади.

1.6. Предмет исследования

Предмет исследований – минералогический и химический состав продуктивной толщи месторождения и особенности его изменения в пространстве.

1.7. Методы исследований

1. Анализ проблемы ставролита как флюсового сырья.

2. Методы математической статистики с использованием компьютерных программ.

3. Методы графического моделирования с использованием ГИС – систем.

1.8. Научная новизна

Моделирование особенностей распределения ставролита в метаморфических сланцах выполняется впервые. Впервые установлено, что максимальное накопление ставролита характерно для центральных областей продуктивной толщи. Планируется построение 3d – модели месторождения. Изучение Осипенковской площади, позволит получить новые данные, которые могут использоваться на других месторождениях Украины и мира.

1.9. Практическое значение

Изучение пространственных особенностей распределения ставролита на Осипенковском месторождении позволит найти наиболее рациональный подход к его извлечению. Исследования способствуют созданию в Приазовье надежной сырьевой базы нового прогрессивного вида нерудного металлургического сырья.

1.10. Личный вклад автора

Выполнение исследований минерального состава продуктивной толщи месторождения на основе методов математической статистики. Установление особенностей пространственной изменчивости состава ставролитсодержащих пород. Моделирование распределения ставролита в метаморфических сланцах.

1.11. Апробация результатов

Результаты исследований докладывались на VI Международной научно-практической конференции ДОНБАСС-2020: ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГЛАЗАМИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ. Планируется публикация 1 статьи.

2. Обзор исследований по теме

Был проведен анализ литературы и фондовых материалов по теме ставролитового сырья в Украине и за ее пределами.

Анализ показал, что ставролит - как полезное ископаемое, представлен двумя геолого-промышленными типами месторождений [2]:

• ставролит и ставролитсодержащие сланцы, сформировавшиеся при региональном метаморфизме (рис.2.1) эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фации за счет высокоглиноземистых глинистых пород. Ставролит развит в ассоциации с кварцем, полевыми шпатами, альмандином, мусковитом, биотитом, дистеном, силлиманитом, андалузитом, хлоритами, магнетитом, графитом и другими минералами, характерными для пород такого состава и степени метаморфизма;

• россыпные месторождения. Ставролит весьма устойчивый к химическому выветриванию, поэтому в осадочных кластогенных породах он обычный компонент их тяжелой фракции. При благоприятной литолого-фациальной обстановке в прибрежных морских условиях он вместе с другими устойчивыми минералами формирует промышленные россыпи, в которых обычно ассоциирует с магнетитом, титаномагнетита, ильменит, рутил, цирконом, силлиманит и др.

Минерально-сырьевая база мира. Достоверных и детальных сведений о промышленных месторождения, ресурсах, добыче, и экономике ставролитового сырья в мире практически нет. Есть краткие сведения о его добыче в США, Австралии, Бразилии, Шри-Ланке и др. В частности, США производит ставролитовий концентрат, изымая его попутно при разработке комплексных россыпей. По данным Д. С. Гурского сводные работы по ставролиту в мировом аспекте неизвестны [2].

Но наверняка известно, что в России ставролит распространён в метаморфических породах Кольского п-ова. На знаменитом месторождении Кейвы он встречается в слюдяных, кварцево-слюдяных и кианит-мусковит-ставролитовых сланцах. На Южном Урале встречается в сланцах горы Таганай [11].

Все эти месторождения России представлены тем же генетическим типом, что и Осипенковское (сланцами, сформированными при региональном метаморфизме эпидот-амфиболитовой и амфиболитовой фаций).

Минерально-сырьевая база Украины. Большие коренные залежи ставролитсодержащих сланцев, представляющих промышленный интерес, открыты в Приазовском мегаблоке УЩ (в мезоархейськой сланцевой толще Осипенковской серии Сорокинськой тектонической зоны, на участке Гуляйпольской синклинали). Ставролитсодержащие сланцы Приазовского мегаблока могут быть резервом для расширения сырьевой базы ставролита.

Ставролит встречается в интенсивно метаморфизированных сланцах Северного и Южного Криворожья. Количество ставролита колеблется в широких пределах и участками достигает 45%. Иногда он образует крупные короткопризматические кристаллы. Они особенно характерны для слюдяных сланцев балки Раздоры (Анновского участка) [2].

Впервые толща ставролитсодержащих пород, в которых локализовано Осипенковское месторождение ставролита описана в статье Жукова Г.В. и др. Терригенная формация Приазовского кристаллического массива [4]. Позже исследования проводились рядом геологов вплоть до наших времен. Усенко И.С., Закруткин В.В и др. в процессе этих исследований изучили петрографический состав пород, особенности и условия метаморфизма кристаллических сланцев Приазовья [5,13,14,15]. Подробно освещены особенности стратиграфии района исследований в работах Щербака Н.П. Стратиграфические разрезы Украинского щита [17] и Закруткина В.В. Метаморфические комплексы восточной окраины и склона Украинского щита [5]. Данные о минералогическом, химическом составе пород Осипенковской перспективной площади и краткие сведения об особенностях строения месторождения представлены в работах Гурского Д. С., Есипчука К.Ю., Кривоноса В.П., Панова Б.С., Полуновского Р.М., Лазаренко Е.К. и др. [2,6,7,8]. Структурно-тектонические и тектонические особенности внутренней структуры Сорокинской тектонической зоны описаны в работах Алехина В.И. [1] и Дудника В.А. [3]. Данные о физических свойствах, условиях образования и парагенезисе ставролита хорошо раскрыты в монографии Федькина В.В. [16].

Первые сведения о возможности использования ставролитового концентрата в металлургии в качестве флюса (разжижающих добавок) для ускорения процессов шлакообразования и десульфации металла встречаются в работах Кривоноса В.П. и Панова Б.С. [6,10,11]. Авторы обосновали то, что по сравнению с бокситом и плавиковым шпатом ставролитовый концентрат обладает рядом преимуществ. В работах показано превосходство ставролитового концентрата перед другими видами флюсов: повышение качества металла и снижение его стоимости. Хорошо изучены вопросы стратиграфии, химического и минералогического состава, физических свойств, условий образования и парагенезиса ставролита. Остались до конца не исследованы геологические факторы влияющие на пространственные параметры изменчивости качества ставролитсодержащих пород.

3. Геологическая характеристика исследуемого района и Осипенковского месторождения

Крупные залежи ставролитсодержащих сланцев, представляющих промышленный интерес, расположены на площади Приазовского мегаблока Украинского кристаллического щита (УЩ). Здесь они широко распространены в сланцевой толще осипенковской свиты нижнего протерозоя, слагающей в Западном Приазовье крупную грабеновую структуру – Сорокинскую тектоническую зону и участок Гуляйпольской синклинали. Наибольший поисковый интерес представляет Сорокинская зона, в центральной части которой мощные пласты ставролитсодержащих сланцев обнажаются на дневной поверхности или залегают на незначительных глубинах от 3—5 до 30—40 м. Эта зона шириной 1,5—3,5 км протягивается от с.Урзуф на побережье Азовского моря в северо-западном направлении на 35 км до с. Андреевка Бердянского района. В структурном отношении Сорокинская грабеновая структура расположена на границе двух крупных блоков. Юго-западный блок сложен породами западноприазовской серии архея, а северо-восточный – центральноприазовской серии нижнего протерозоя.

Разрез осипенковской свиты в пределах Сорокинской зоны представлен биотитовыми, двуслюдяными, амфиболовыми, гранатовыми, графитовыми, амфибол-гранатовыми, гранат-ставролитовыми, биотит-ставролитовыми, силлиманит-гранатовыми, андалузит-ставролит-слюдистыми и другими сланцами, мраморами и кальцифирами, мономинеральными, слюдистыми и амфибол-магнетитовими кварцитами, метагравелитами и метаконгломератами. В отличие от глубокометаморфизованных образований западно- и центральноприазовской серий (гранулитовая и амфиболитовая фации) породы осипенковский свиты метаморфизованы более слабо (эпидот-амфиболитовая фация) и совершенно не мигматизированы. В разрезах свиты сланцевые образования закономерно, чаще всего ритмично, переслаиваются. Обычно они слагают линзовидные пласты мощностью от 2 – 10 до 50 – 600 м, выдержанные по простиранию на 1,2 – 2,5 и реже 3 – 5 км. Гранат-ставролитовые и ставролит-слюдяные сланцы, как правило, приурочены к нижней и средней частям разреза осипенковской свиты Сорокинской зоны. Визуально они представляют собой породу серого или темно-серого цвета, средне- иди мелкозернистую, хорошо рассланцованную. На фоне серой кварц-полевошпат-слюдистой массы обычно четко выделяются порфиробласты ставролита в виде ромбических призм длиною от 0,1 до 4 см, а также сростки кристаллов [6].

4. Краткие результаты работы

Для расчета статистических показателей распространения ставролита в толще метаморфических сланцев осипенковского месторождения использовался пакет обработки данных SPSS. В результате расчета основных показателей по выборке получены следующие характеристики распределения ставролита осипенковской толщи (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Статистические характеристики содержания ставролита в породах осипенковской толщи, %

Из таблицы видно, что максимальные значения содержания ставролита (до 24 %) характерны для гранат-ставролит-биотитового, гранат-ставролитового и ставролит-биотит-мусковитового сланцев. По среднему содержанию наиболее перспективны сланцы ставролит-гранат-биотитовый и гранат-ставролитовый, где содержание ставролита 9,18 % и 11,2 % соответственно. Наиболее равномерное распределение ставролита наблюдается в гранат-ставролитовых и ставролит-биотит-мусковитовых сланцах, на что указывает значение вариации не превышающее 50%.

Для установления главных особенностей и геологических факторов пространственной изменчивости содержания ставролита и определения наиболее перспективных участков для первоочередной отработки, были построены специальные разрезы. При этом использовалась ГИС – система Surfer. При помощи этой программы были получены данные о распределении ставролита в плоскости разреза, представленные в изолиниях концентрации. Такой метод позволил выявить основные тенденции его распределения в породах. Пример одного из разрезов представлен на рисунке 4.1.