Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Пространственное распределение оценочных параметров бокситовой залежи в пределах Черемуховского месторождения (СУБР)

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Абакумов, Игорь Викторович

Введение . 3

Глава 1. Состояние изученности вопроса. 9

Глава 2. Основные черты геологического строения Североуральского бокситоносного района

2.1 Тектоническая зональность СУБРа. 34

2.2 История геологического развития бокситоносной структуры. 36

2.3 Формации субровского бокситоносного комплекса

2.3.1 Подрудная рифогенная карбонатная формация. 43

2.3.2 Бокситоносная формация. 46

2.3.3 Надрудная рифогенно - плитчатая формация. 55

2.3.4 Современные представления об источнике глинозема бокситовой залежи. 56

Глава 3. Основные черты геологического строения Черемуховского месторождения бокситов

3.1 Характеристика погребенного закарстованного рельефа.:•<"«$:•«.-—. . 61

3.2 Вещественный состав отложений карстовых полостей. 87

3.3 Закономерности распределения компонентов руд в пределах бокситовой залежи. 98

Глава 4. Рационализация параметров разведочной сети. 119

Глава 5. Прогнозирование направлений возможной релаксации энергии массива горных пород. 123

Введение Диссертация по геологии, на тему "Пространственное распределение оценочных параметров бокситовой залежи в пределах Черемуховского месторождения (СУБР)"

Актуальность работы. На восточном склоне Северного Урала в пределах островодужного комплекса пород силуро - девонского возраста сосредоточены крупнейшие бокситовые месторождения России и мира. Огромные запасы минерального сырья, высокое качество бокситов предопределены уникальным сочетанием стратиграфических, палеогеоморфологических, палео-тектонических и иных рудоконтролирующих факторов. Несмотря на длительный период их освоения (более 60 лет), они остаются важным звеном в инфраструктуре отечественной алюминиевой промышленности. В то же время фронт добычных работ на горно - промышленных объектах Североуральского бокситового рудника (СУБРа) приближается к километровой глубине. Отработка рудной залежи ведется в сложных горнотехнических условиях (обводненность, эндогенные пожары, горные удары, неустойчивость кровли), приводящих к незапланированным потерям, неполной отработке рудной залежи и, как следствие, к неподтверждению разведанных запасов. Все чаще возникает полемика, касающаяся низкой рентабельности горно - промышленных объектов СУБРа, неспособностью их полностью обеспечивать сырьем алюминиевые заводы Урала.

Очевидно, что дальнейшая эксплуатация североуральских объектов требует разработки новых подходов к решению задач как геологического, так и горнотехнического характера с учетом тенденций современного производства к оперативности, детальности, качеству (объективности) интерпретации геологических данных.

Обобщение материалов геологоразведочных и эксплуатационных работ, накопленных за длительную историю освоения месторождений СУБРа, с целью изучения пространственного распределения оценочных параметров бокситовой залежи и соотношений природных геологических полей невозможно на современном этапе без широкого использования компьютерных ГИС -технологий. Это реализовано автором в настоящей работе, что позволило сделать ряд существенных, на наш взгляд, выводов как геолого - генетического, так и прикладного характера.

Цель работы. Уточнение представлений о направленности и механизме формирования бокситовой залежи бассейна на основе обобщения материалов разведки и эксплуатационных работ; разработка рекомендаций по совершенствованию методики разведки и прогнозирования направлений возможной релаксации энергии горного массива с учетом выявленных пространственных закономерностей в распределении оценочных параметров бокситовой залежи.

Сформулированные цели предопределили необходимость решения следующих задач:

- реконструкция морфоструктурных элементов подрудного рельефа (на уровне обобщения материалов разведки и эксплуатации);

- проведение морфографического анализа поверхности известняков подрудной рифогенной формации на основе количественной обработки информации с привлечением статистических, геометро - статистических и геостатистических методов;

- выявление геологических причин изменчивости и многоуровенного строения морфографического поля подрудного рельефа;

- изучение закономерностей распределения параметров оруденения и их соотношений в пределах рудной залежи;

- обоснование рациональной разведочной сети в соответствии с пространственной природой изменчивости объекта;

- прогнозирование направлений возможной релаксации напряжений горного массива с учетом выявленных закономерностей в пространственном распределении параметров геологических полей.

Исходный фактический материал. В основу диссертационной работы положен фактический материал, собранный и проанализированный автором в период с 1994 по 2000 г.г. Он включает в себя как фондовые материалы Комитета природных ресурсов по Свердловской области и ОАО "СУБР", так и результаты собственных полевых наблюдений автора. Для реализации поставленных задач была создана компьютерная база данных по Черемуховскому месторождению бокситов и участку "Восточная залежь" месторождения "Красная Шапочка". База данных по Черемуховскому месторождению и участку "Восточная залежь" включает материалы разведки (1389 паспортов разведочных скважин по первому объекту и 490 - по второму) и эксплуатации (свыше 3000 маркшейдерских замеров мощности бокситового пласта по сети 5x5 м). Для совершенствования параметров разведочной сети проведено исследование пространственной изменчивости морфографического поля под-рудного рельефа на трех участках детализации. На каждом из трех отмеченных участков проанализировано по пять профилей, ориентированных согласно и вкрест простиранию бокситовой залежи. Каждый профиль включал в себя (в среднем) 35 точек наблюдения.

Построение графических планов пространственного распределения мор-фографических, морфометрических и геохимических полей, решение типовых задач описания, картирования и изучения пространственных соотношений геологических полей произведено на ПЭВМ с использованием программ "Surfer 6.04", "Statistica 4.3", "Excel 7.0", "Аппроксимация", "Вариограмма".

Проведен отбор из зон глубокого карста и аналитические исследования (пробирный, спектральный, нейтронно - активационный анализы, минералогическое описание протолочек бокситов) 10 проб сульфидизированных бокситов.

Основные защищаемые научные положения:

Первое положение. Субровскому горизонту свойственна отчетливая зависимость в размещении бокситового оруденения от характера подрудного рельефа, формирование которого предопределено сочетанием структурно -тектонических и литолого - фациальных факторов. Наиболее продуктивные участки залежи, приуроченные к протяженным карстовым палеодепрессиям, нередко контролируются системами "долгоживущих" тектонических нарушений.

Второе положение. В распределении ведущих рудообразующих компонентов бокситовой залежи (8102, А12Оз, БегОз, ТЮ2, СаО, 8 и СОг) и их соотношений (АЬОз / 8Ю2, А1гОз / Ре203, 1Ю2 / А12Оз) в большинстве случаев отсутствует сколько - нибудь отчетливая пространственная упорядоченность и согласованность. Это свойственно как бокситовому горизонту в целом, так и отдельным его частям (подгоризонтам "красноцветных" и "пестроцветных" бокситов). Сказанное свидетельствует в пользу полигенного характера рудной залежи.

Третье положение. Протяженные карстовые зоны являются "долгоживу-щими" морфоструктурами. В их пределах установлены проявления гидротермально - метасоматических процессов, с которыми связано концентрирование ряда рудных элементов (Аи, Си, Аз и др.).

Четвертое положение. Выделенные структурно - геоморфологические зоны и обоснованные уровни строения морфографического поля подрудного рельефа позволяют дифференцированно подходить к вопросам рационализации разведочной сети, прогнозировать горнотехнические условия отработки рудной залежи.

Научная новизна. Впервые выполнен комплексный анализ и современное обобщение накопленного за последние 60 лет фактического материала с использованием компьютерных ГИС - технологий на Черемуховском месторождении бокситов. Дана характеристика пространственного распределения геолого - промышленных параметров бокситовой залежи; приведено обоснование рациональной сети эксплуатационной разведки; выполнен анализ геологических факторов, влияющих на направления релаксации напряжений массива горных пород. Проведено исследование пространственной изменчивости геологических полей с использованием не только традиционных статистических методов, но и других геолого - математических моделей: геометростатистической, геостатистической. Отмечено, что в структуре изменчивости морфографического поля подрудного рельефа и морфометрического поля бокситовой залежи (на уровне обобщения данных геолого - маркшейдерских замеров по сети 5x5 м) доминирует закономерная составляющая, что подтверждает правомерность использования геометро - статистической модели для совершенствования параметров разведочных систем. Проведено опробование пород из зон глубокого карста, претерпевших гидротермально - метасо-матические изменения. Выявлены ореолы золота и повышенный уровень концентрирования элементов, имеющих эндогенную природу (Си, Аб). Это открывает перспективы обнаружения в бокситоносном разрезе локальных участков, потенциально представляющих промышленный интерес на рудное золото.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований автора обобщены в 1 научной статье и 4 тезисах докладов. 1 статья находится в печати. Результаты работы над диссертацией (на разных этапах ее исполнения) докладывались на заседаниях кафедры геологии, поисков и разведки МПИ, научных семинарах и конференциях в Уральской государственной горно - геологической академии, обсуждались с геологами СУБРа.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, списка использованной литературы (50 наименований). В ней 134 страницы машинописного текста, 11 таблиц и 58 рисунков.

Заключение Диссертация по теме "Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения", Абакумов, Игорь Викторович

Заключение

Впервые выполнен комплексный анализ и обобщение фактических материалов разведки и эксплуатационных работ с использованием ГИС - технологий на Черемуховском месторождении СУБРа. Дана характеристика пространственного распределения оценочных параметров бокситовой залежи, учитываемых при подсчете запасов и определяющих качество минерального сырья. Картина отстроенных геохимических полей подчеркивает неоднородный характер внутреннего строения бокситовой залежи, проявляющийся в неравномерном распределении основных рудообразующих компонентов как в плане, так и в разрезе. Четкой латеральной зональности и связи отмеченных параметров с морфоструктурными элементами подрудного рельефа в нашем случае не наблюдается, что свидетельствует в пользу полигенного механизма формирования бокситовой залежи.

Произведена реконструкция подрудного рельефа (на уровне обобщения материалов разведки), позволившая выделить в его пределах структурно - геоморфологические зоны (СГЗ), которые с определенной степенью условности можно сопоставлять с геологически однородными блоками (ГОБами). Выявленная структурная неоднородность подрудного рельефа дает возможность дифференцированно подходить к вопросам рационализации параметров разведочных систем, прогнозирования горно - геологических условий отработки рудной залежи. Выполнена реконструкция и изучение морфографического поля подрудного рельефа (на уровне обобщения данных геолого - маркшейдерских замеров по сети 5x5 м) также на участках детализации, входящих в состав отдельных СГЗ. При этом впервые использовались не только традиционные статистические, но и иные геолого - математические модели (геометро - статистическая, геостатистическая), составляющие основу пространственного анализа. Отмечено, что в структуре изменчивости морфографического поля подрудного рельефа и морфометричеекого поля бокситовой залежи доминирует закономерная составляющая, что подтверждает правомерность использования геометро - статистической модели для совершенствования сети эксплуатационной разведки.

Впервые отмечена пространственная связь дугообразно вытянутых структур подрудного рельефа, выявленных при компьютерной обработке данных разведки, с системами пострудных тектонических нарушений, что является, на наш взгляд, подтверждением их "долгоживущего" характера. Отмеченные факты могут быть использованы для прогноза возможных направлений релаксации энергии горного массива.

В пределах зон погребенного карста, контролируемых "долгоживущими" тектоническими нарушениями, установлены проявления гидротермально - ме-тасоматических процессов, с которыми связано концентрирование ряда рудных элементов (Аи, Си, Аб и др.). Это открывает перспективы обнаружения в отдельных зонах бокситоносного разреза локальных участков, потенциально представляющих промышленный интерес на рудное золото.

В процессе работы над поставленными задачами возник целый ряд сопутствующих вопросов, требующих в дальнейшем дополнительных теоретических и экспериментальных исследований для их решения. Среди них:

- составление и непрерывное пополнение базы геологических и горнотехнических данных по шахтным полям СУБРа на базе ГИС - технологий («горнопромышленный мониторинг»). Использование этих данных для составления планов геодинамического районирования шахтных полей, рационализации параметров эксплуатационной разведки на глубоких горизонтах залежи;

- систематическое опробование участков бокситовой залежи, претерпевших гидротермально - метасоматические изменения, на благородные металлы (Аи, Ag) и сопутствующие им элементы, согласно методике принятой на золоторудных объектах.

128

Решение этих приоритетных вопросов поможет приблизиться к проблеме комплексной оценки и переработки бокситового сырья, обосновать более безопасные технологические системы при отработке глубоких горизонтов рудной залежи.

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Абакумов, Игорь Викторович, Екатеринбург

1. Абакумов И.В. Исследование строения бокситового пласта на основе обобщения разведочно эксплуатационных данных (на примере Черемухов-ского месторождения СУБРа) // Изв. вузов. Горный журнал. - 1998. - № 11 - 12.-С. 20 - 24.

2. Абакумов И.В. Анализ морфометрических и геохимических полей Новокальинского месторождения бокситов // Моделирование геологических систем и процессов: Материалы региональной конференции. Пермь, 1996. - С. 97-99.

3. Абакумов И.В., Баранников А.Г., Угрюмов А.Н., Чепчугов С.А. Новые данные о золотоносности бокситоносного комплекса СУБРа // Уральская летняя минералогическая школа 99. Екатеринбург, УГГГА, 1999. - С. 206 - 208.

4. Антропов Б.Г., Атаев А.Я., Гуткин Е.С. Геологическое строение и запасы Черемуховского месторождения бокситов на Северном Урале на 1 апреля 1975 г. (Производственный отчет). СУГРЭ, Североуральск, 1975.

5. Антропов Б.Г. Информационный отчет о доразведке восточного фланга месторождения "Красная Шапочка" по результатам работ за 1991 1994 г.г., Североуральск, 1996.

6. Атаев А .Я., Плотников И.И. Геологическое строение и запасы участка "Восточная Залежь" месторождения бокситов "Красная Шапочка" на Северном Урале по состоянию разведанности на 1 апреля 1974 г. (Производственный отчет). Североуральск, 1974.

7. Баранников А.Г. Гипогенно гипергенный тип золотого оруденения на Урале // Известия Уральской государственной горно - геол. акад. Сер.: Геология и геофизика. - Вып. 8, 1998. - С. 94 - 99.

8. Бенеславский С.И. Минералогия бокситов. М.: Недра, 1974. - 126 С.

9. Богатырев Б.А., Жуков В.В., Демина В.Н. Образование и изменение бокситов на разных стадиях литогенеза // Литология и полезные ископаемые.-1998.-№1.-С. 30-41.

10. Богоявленская О.В. Отчет по договорным работам 1965 г. между Североуральской КГРЭ и Палеонтологической партией УКСЭ. Свердловск, 1966.

11. Богоявленская О.В. К характеристике эйфельских отложений западной бокситоносной полосы восточного склона Среднего Урала // Советская геология. 1979.-№10.-С. 75-84.

12. Богоявленская О.В., Снигирева М.П. Эволюция палеоэкосистем раннего-среднего девона в северной части Восточноуральского бассейна // Известия Уральской горно геол. акад. Сер.: Геология и геофизика. - Вып.8, 1998. - С. 13 -17.

13. Бокситы и бокситоносные отложения Урала: Сб. статей / УНЦ АН СССР/ Отв. ред. Г.И.Вялухин, Л.В.Анфимов. Свердловск: 1981. - 88 С.

14. Бокситы и другие руды алюминиевой промышленности: Тез. докл. Всесоюзного Семинара. Савинский, 1985. - 140 С.•19. Бокситоносные комплексы Урала / Под ред. Б.М.Михайлова. Д.: Недра, 1987.-229 С.

15. Боровский Д.И., Лаврентьев И.Г., Евдокимов A.B. Определение рациональных параметров эксплуатационной разведочной сети на основе геометризации // Сер.: Горное дело. Вып. 3, 1989. - 36 С.

16. Бубакар Сов. Условия образования бокситовых месторождений треугольника Боке Киндия - Туге, геохимическая неоднородность бокситовых залежей и оптимизация параметров разведочной сети (Гвинея): Автореф. дис. канд. геол. - мин. наук. - М., 1999. - 16 С.

17. Бушинский Г.И. Геология бокситов. М.: Недра, 1975. - 416 С.

18. Винокуров П.К., Гуткин Е.С. К вопросу о коре выветриваний и ее связи с бокситами Северо Уральского бассейна // Геология рудных месторождений, 1960, №1, С. 114-119.

19. Воинов М.В., Беэр М.А., Бурлаков A.A. К вопросу локализации бокситов в Тагильском синклинории Северного Урала // Бокситы. М.: ВИМС, 1980, С. 19-31.

20. Глубинное строение и металлогения подвижных поясов / К.К.Золоев, Б.А.Попов, М.С.Рапопорт и др. М.: Недра, 1990. - 191 С.

21. Гуткин Е.С. Геология и геохимия девонских бокситов Северного Урала. -М.: Недра, 1978. 238 С.

22. Гуткин Е.С., Родченко Ю.М., Плотников H.H. и др. Геологическое строение и запасы Североуральского бокситового бассейна по состоянию на 1 января 1964 г. (Производственный отчет). Североуральск, 1965.

23. Дэвис Дж. С. Статистический анализ данных в геологии. М.: Недра, 1990. Кн. 1,2. 319 С.

24. Живкович А.Е. К оценке перспектив бокситоносности верхнесилурийских отложений Североуральского района восточного склона Урала // Новые данные по геологии бокситов. Сб. научн. тр. М., 1975. - С. 88 - 95.

25. Ильин С.Ф., Теняков В.А. Индикация материнских пород бокситов по геохимическим признакам // Новые данные по геологии бокситов. Сб. научн. тр.-М., 1975.-С. 23 -28.

26. Кусмауль Э.Г., Долгаль М.И., Можжерин И.Г. Совершенствование методики подсчета запасов бокситов // Разведка и охрана недр. 1977. - №8. - С.20 -25.;

27. Кусмауль Э.Г., Чеснокова E.H., Тимофеева Е.В. Сопоставление данных разведки и эксплуатации по участку "Восточная Залежь" месторождения "Красная Шапочка" за время отработки с 1969 по 1980 г.г. (Тематический отчет). Свердловск, 1982.

28. Матерон Ж. Основы прикладной геостатистики. М.: Мир, 1968. - 408 С.

29. Мурзин В.В., Малюгин A.A. Типоморфизм золота зоны гипергенеза (на примере Урала). Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987. 96 С.

30. Мухаметшин A.M. Подземная векторная магнитометрия в рудничной геологии. Екатеринбург: ИГД Ур0 РАН, 1997. 214 С.

31. Мягков В.Ф. Геохимический метод парагенетического анализа руд. М.: Недра, 1984. - 126 С.

32. Огородников О.Н., Гладковский А.К. Геосинклинальные месторождения бокситов на Урале и их связь с вулканизмом. М.: Наука, 1976. - 96 С.

33. Палеодинамика земной коры Уральской складчатой системы и ее металлогения / Н.Г.Берлянд, В.П.Водолазская, Р.И.Ерошевская и др. // Геологияи минералогия подвижных поясов. Сб. научн. тр. Екатеринбург: Уралгеолком, 1997.-С. 119- 139.

34. Пейве A.B. Тектоника Североуральского бокситового пояса. М.: МОИП, 1947. - 207 С.

35. Поиски и разведка месторождений полезных ископаемых / Е.О.Погре-бицкий, Н.В.Иванов, А.В.Скропышев и др.; под ред. Е.О.Погребицкого.- М.: Недра, 1968. 460 С.

36. Поиски и оценка бокситовых месторождений эвгеосинклинальных зон Урала при геологической съемке масштаба 1:50000. Методические рекомендации / Р.И.Ерошевская, Н.Н.Петрова и др.; под ред. Б.М.Михайлова. Л., 1991.-128 С.

37. Рапопорт М.С., Баранников А.Г. Мезозойская эндогенная минерагения Урала (Некоторые особенности и проблемы) // Известия Уральской государственной горно геол. акад. Сер.: Геология и геофизика. - Вып.8, 1998. - С. 89 -94.

38. Риндзюнская Н.М., Берзон P.O. и др. Геолого генетические основы прогноза и поисков месторождений золота в корах выветривания. - М.: ЦНИГРИ, 1995. - 128 С.

39. Рудные месторождения СССР / Под общей ред. В.И.Смирнова. Том 1.-М.: Недра, 1974. 328 С.

40. Рудничная геология: Учеб. пособие для вузов / В.Ф.Мягков, А.М.Бы-бочкин, И.И.Бугаев и др. М.: Недра, 1986. - 199 С.

41. Страхов Н.М. Типы литогенеза и их эволюция в истории Земли. -Госгеолтехиздат, 1963. 536 С.

42. Шнейдер Б.А., Ширшова Д.И., Поташко М.А. Комплексное литологи-ческое изучение опорных разрезов бокситоносных девонских отложений восточного склона Северного Урала. (Тематический отчет). Свердловск, 1976.