 |  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 УДК 550(470.6) Анализ пространственного распределения полезных компонентов цементных мергелей Новороссийского месторождения
Родченко М.А., студент, Дудкина А.Е., доцент Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Россия
На основе данных химического анализа по мергелям Новороссийского месторождения было проведено исследование особенностей распределения компонентов минерального сырья, а также выявлены корреляционные связи между ними
Целью данной работы является изучение особенностей распределения компонентов вещественного состава на участке, подготовленном под БВР на горизонте +140м Новороссийского I+III месторождения мергелей (Краснодарский край, г. Новороссийск), выявление взаимосвязей между компонентами, а также их геологическая интерпретация. Материал для выполнения данной работы был собран во время прохождения научно-производственной практики в ОАО «Новоросцемент». Предприятие является крупным производителем цемента, сырьевой базой является Новороссийская группа месторождений мергелей. Новороссийское I+III месторождение мергелей входит в состав Новороссийской группы месторождений. Климат района умеренно-теплый, с жарким летом и мягкой зимой. Для климата района г. Новороссийска характерны периодические ветры северо-восточного направления («норд-ост»), достигающие большой силы и скорости до 40 - 50 м/с. Изучение геологического строения и качества сырья месторождений Новороссийской группы, до середины 1930-х годов выполнялось цементными заводами. В производство шли мергели – «натуралы», занимающие по содержанию СаСО3 промежуточное положение между высокоизвестковистыми мергелями («высокими» - СаСО3 более 75%) и низкоизвестковистыми («низкими» - СаСО3 меньше 75%). Ввиду отсутствия на месторождении подземных вод специальные гидрогеологические исследования при разведке и доразведке месторождения не проводились. Краткая гидрогеологическая характеристика района приводится по результатам комплексной геологической съемки и гидрогеологических работ на воду в районе г. Новороссийска, проведенных Краснодарской КГРЭ в 1960 г. Геологическая карта района работ приведена на рисунке 1.
Рис. 1 - Государственная геологическая карта СССР. Серия Кавказская. Номенклатурный номер: L-37-XXVI,XXXII Масштаб 1:200000
Рис. 2 - Геологические разрезы по линиям А-Б и В-Г Месторождения приурочены к отложениям ахеянской свиты, которая входит в состав юго-западного крыла крупной Маркотхской (Семигорской) антиклинали, моноклинально падающего на северо-восток. Породы свиты представлены равномерным мелко- и среднеритмичным флишевым чередованием мергелей и известковистых песчаников. В виду опрокинутости крыла антиклинали на соседствующих месторождения можно встретить разломы с развитием кальцитизации по ним. Вся продуктивная толща Новороссийского I+III месторождения при определенной шихтовке «высоких» и «низких» мергелей с добавлением огарков, а в отдельных случаях и золошлаковых отходов, может служить исходным сырьем для производства высококачественного портландцемента различных назначений и марок в соответствии с ГОСТ 10178–85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия». По химическому составу разрез продуктивной толщи месторождения достаточно четко подразделяется на «низкие» мергели с содержанием СаСО3 менее 75 % (ахеянская свита, верхнегениохская подсвита до фукоидного горизонта) и «высокие» (СаСО3 более 75 %) мергели (фукоидный горизонт, нижнегениохская подсвита, натухаевская свита и керкетский горизонт). Более значительная изменчивость химического состава по разрезу отмечается по «низким» мергелям. Толща «низких» мергелей (второй технологический тип) на месторождении начинается с «низких» мергелей висячего бока (средний горизонт верхнегениохской подсвиты), затем идут «натуралы» суджукского горизонта; заканчиваются «низкие» мергели на толще пород ахеянской свиты. Содержание таких вредных примесей как MgO, TiO2, R2O, SO3 по своим значениям в несколько раз ниже допустимых пределов, поэтому они практически не оказывают вредного влияния на технологию производства и качество выпускаемого цемента. Радиационное качество мергеля Новороссийского I+III месторождения соответствует СП 2.6.1.758-99 (НРБ-99) и позволяет отнести его к I классу стройматериалов и использовать для производства портландцементной сырьевой смеси. Исходные данные для исследования были собраны на участке, подготовленном к буровзрывным работам, расположенном в северо-западной части Новороссийского месторождения на горизонте +140м. По скважинам было произведено шламовое групповое опробование, в дальнейшем по пробам была произведена процедура химического анализа на главные породообразующие компоненты – Al2O3, SiO2, CaO, Fe2O3, CaCO3. Сочетание этих компонентов определяет качество мергелей как сырья, в связи с чем представляет большой интерес определение характера изменчивости вещественного состава пород в пределах участка, а также выявление корреляционных связей между компонентами и их геологическая интерпретация. Для достижения целей исследования были построены карты распределения компонентов вещественного состава мергелей в пределах участка (рис. 3-5), произведён их анализ, а также рассчитана матрица корреляции Пирсона (табл.). Вся работа была произведена с использованием таких программ как Microsoft Excel для создания матрицы корреляции и непосредственно всех вычислений по соответствующей формуле и ArcMap пакета ArcGIS с использованием инструментов Spatial Analyst для постройки картосхем пространственного распределения методом ОВР. Анализ распределения компонентов вещественного состава показывает достаточную выдержанность главных качественных показателей сырья в пределах изучаемого участка. Среднее содержание СаСО3 составляет 80,45 %, пределы колебаний от 83,87 до 75,81 %. Среднее содержание СаО составляет 45,7 %, оно колеблется в пределах от 47,62 до 43,08 %. Среднее содержание SiO2 составляет 13,44 %, пределы колебаний значений – от 18,54 до 10,98 %. Содержание Al2O3 в среднем 2,48 %, от 3,12 до 2,05 %. Содержание Fe2O3 в среднем составляет 0,91 %, от 1,09 до 0,8 %. Таким образом можно сделать вывод, что исследуемые мергели следует относить к категории «высоких» и как показывают результаты исследования при сравнении с результатами предыдущих опробований по горизонту, в целом, они характеризуются относительно выдержанным химическим составом. Как итог, средний химический состав «высоких» мергелей в пределах изучаемого участка по стратиграфическим единицам: CaCO3 – 80,45 %; SiO2 – 13,44 %; Al2O3 – 2,48 %; Fe2O3 –0,91 %; CaO – 45,7 %. Анализ картосхем распределения позволил выявить фактическое распределение каждого из полезных компонентов в пространстве, а также выявить закономерности распределения некоторых из компонентов. На картосхемах распределения Al2O3, Fe2O3 и SiO2 (рис. 4 - 5.) можно наблюдать общие тенденции распределения данных компонентов: максимальное содержание на севере и северо-востоке участка и минимальные значения характерные для центральной и на юго-западной части. Исходя из этого, можно сделать вывод об отчётливой взаимосвязи между этими компонентами, приуроченной к одному из предполагаемых минералов – монтмориллониту. Монтмориллонит – это широко распространённый глинистый минерал из группы смектитов подкласса слоистых силикатов. Его химический состав непостоянный и сильно зависит от варьирующего содержания воды. По анализам чистых разностей устанавливаются следующие колебания (в %): SiO2 - 48-56, Аl2O3 - 11-22, Fe2O3 - 5 и более, МgO - 4-9, СаO - 0,8-3,5 и болeе, Н2O - 12-24. Кроме того, иногда устанавливаются К2О, Na2O и др. Одной из вредных примесей при производстве цемента считается MgO, но как и любой из компонентов относящихся к вредной примеси его содержания считаются незначительным, что никак не влияет на качество производимого цемента. Содержание MgO в монтмориллоните и условиях, при которых формировалось месторождение указывают на то, что скорее всего главной глинистой примесью в мергеле является монтмориллонит. В это же время на картосхеме пространственного распределения CaCO3 (рис. 3а.) можно наблюдать обратную выше описанным схему пространственного распределения. Здесь высокие содержания приурочены в основном к юго-западной и центральной части участка и имеют сильное понижение содержания на северо-востоке. Аналогичной схемой распределения обладает и CaO (рис. 3б.), где высокие содержания так же приурочены к юго-западной и центральной частям участка и содержание значительно понижается в северо-восточной части исследуемого участка, к которому приурочено повышенное содержание Al2O3, Fe2O3 и SiO2. Так как данные породообразующие компоненты относятся к кальциту. Кальцит - минерал из группы карбонатов, одна из природных форм карбоната кальция. Химический состав — содержание (в %): СаО — 56; СО; —44; отмечаются примеси железа, марганца, стронция и др. Кальцит слагает горную породу мрамор, является главной составной частью известняков и мергелей. Часто образует псевдоморфозы по органическим остаткам. Нередко сам замещается другими минералами.
Рис. 3 - Карты распределения СаСО3 (а) и СаО (б)
Рис. 4 - Карты распределения Al2O3 (а) и Fe2O3 (б)
Рис. 5 - Карта распределения SiO2
Анализ матрицы корреляции Пирсона позволил выявить взаимосвязи между различными компонентами вещественного состава мергелей между собой.
Таблица 1 - Матрица корреляции Пирсона
Отчётливо прослеживается резкая положительная корреляционная связь между СаСО3 и СаО (коэффициент корреляции 0,99) – она является прямым отражением того факта, что практически весь СаО в породе связан с минералом кальцитом, химическая формула которого СаСО3, и лишь незначительная часть этого компонента входит в состав алюмосиликатных минералов. Что характерно, со всеми остальными компонентами и СаСО3, и СаО имеют отчетливые отрицательные связи (коэффициенты корреляции от -0,95 до -0,80). Такие компоненты, как SiO2, Al2O3 и Fe2O3 имеют друг с другом резкую положительную связь, что выражается в коэффициентах корреляции от 0,92 до 0,74. Это объясняется совместным нахождением этих соединений в составе минералов, являющихся терригенной и глинистой примесью мергеля. Такими минералами могут быть терригенный кварц, а также глинистые разности – монтмориллонит и гидрослюды (судя по наличию железа – вероятно, гидробиотит и гидрохлориты). Проведя анализ построенной матрицы корреляции Пирсона и картосхем пространственного распределения можно сделать следующий вывод: поскольку можно наблюдать резкую связь между SiO2, Al2O3 и Fe2O3, само месторождение по возрасту приурочено к морским меловым отложениям, а при визуальной оценке картосхем распределения была обнаружена крайняя схожесть распределения этих 3-х компонентов, стоит отметить, что ранее упомянутые компоненты скорее всего связаны с таким минералом, как монтмориллонит.
Библиографический список 1. Технический проект разработки Новороссийского I+III месторождения.- Новочеркасск, 2017. - Том 1-3. 2. ДеМерс, Майкл Н., Географические Информационные системы. Основы. - М.: Дата+, 1999 – 489 с. 3. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М.: «Недра», 2008. – С. 721 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |  |
#menuinclude(1-elibraryru)