В онлайне: 3 (гостей - 3, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 551.83

Вариации соотношений минеральных компонентов и особенности процесса эвапоритизации при формировании разреза Гремячинского месторождения калийных солей (Волгоградская область)

 

Гавриленко В.В., cтудентка 4 курса, Бутенков А.А., доцент

Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ)имени М.И. Платова, Россия

 

Рассмотрены особенности вертикального распределения компонентов вещественного состава соляных отложений на восточном фланге Гремячинского месторождения калийных солей (Волгоградская область). Определены взаимосвязи между разными компонентами, сделаны выводы об особенностях происхождения эвапоритовой соляной толщи

 

Целью данной работы является изучение особенностей распределения компонентов вещественного состава по разрезу Гремячинского месторождения калийных солей (Волгоградская область), выявление взаимосвязей между компонентами, а также их геологическая интерпретация.

Гремячинское месторождение расположено в пределах Котельниковского района Волгоградской области. Площадь месторождения территориально относится к Пимено-Чернянскому и Котельниковскому сельским поселениям.

Участок месторождения представляет собой возвышенную денудационную равнину, сформированную в плиоцене, в которую врезаются речные долины с комплексом четвертичных отложений, формирующими террасы и балки.

 В гидрологическом отношении территория исследований относится к бассейнам рек Аксай Есауловский и Аксай Курмоярский. Геоморфологически территория представляет собой пологую равнину с общим уклоном местности с востока на запад. Формирование современного рельефа связано с тектоническими и водно-эрозионными процессам.

Границы месторождения на западе определяются линией предполагаемого выклинивания калиеносной залежи, на юге – отсутствием галогенной толщи в связи с Северо-Котельническим надвигом, на востоке и севере они определены условно в связи с отсутствием достаточно надежных геолого-геофизических данных о распространении калийных солей в этих направлениях.

 

Рис. 1 -  Геологическая карта района Гремячинского месторождения

 

Рис. 2 -  Геологический разрез по линии А-Б

 

В геотектоническом отношении район Гремячинского месторождения приурочен к сочленению Восточно-Европейской платформы с северной краевой зоной Средиземноморского геосинклинального пояса. В пределах платформы здесь происходит переход Воронежской антеклизы к Прикаспийской впадине. Часть юго-восточного склона Воронежской антеклизы, примыкающей к бортовому уступу Прикаспийской впадины, выделяется под названием Приволжской моноклинали, к южному окончанию которой приурочено Гремячинское месторождение.

По геофизическим данным кристаллический фундамент платформы на территории южной части Приволжской моноклинали залегает на глубинах порядка 4-6 км. Осадочный чехол начинается отложениями среднего - верхнего девона, выше которых залегает мощная толща карбона, представленного полным разрезом. Непосредственно в пределах Гремячинского месторождения буровыми скважинами вскрыты отложения верхнего карбона, перми, триаса, мела и всех систем кайнозойской группы. В естественных обнажениях известны только кайнозойские отложения. Но наибольший интерес представляют отложения  кунгурского яруса нижнего отдела пермской системы. Он сложен каменной солью, ангидритами, доломитами, ангидрит-доломитами, калийными солями, содержащими незначительное количество терригенного материала.

В период накопления кунгурской галогенной формации район Гремячинского месторождения и Приволжской моноклинали в целом, был приурочен к западной краевой части крупнейшего Северо-Прикаспийского солеродного бассейна, в котором накопились соленосные отложения мощностью в несколько километров. Район Гремячинского месторождения калийных солей представлял залив тупиковой части солеродного бассейна с глубинами едва ли превышающими 25-30 м. Это подтверждено определениями газонасыщенности растворов включений в солях. Формирование галогенной толщи на территории месторождения происходило в обстановке неоднократного изменения физико-химических свойств седиментирующих рассолов, в результате чего возникло многократное чередование пластов и слоев различных пород [2].

В данной работе использованы результаты разведочного бурения, произведенного на восточном фланге месторождения. Имеются данные опробования разреза соленосной толщи по трем скважинам, по 65 пробам – это сведения о содержаниях минеральных компонентов (галит, сильвин, карналлит, ангидрит), соляных компонентов (K2SO4, MgSO4, H2Oкрист.), а также ионных компонентов (Sr, Cl, SO4, Br).

Все эти компоненты отражают качественные свойства минерального сырья, поэтому представляет большой интерес выяснение особенностей изменчивости их распределения в пределах толщи полезного ископаемого и взаимосвязей между собой. Также на основе выявленных закономерностей предполагается определение особенностей условий накопления соляной толщи на данном участке.

Для достижения целей исследования были решены следующие задачи:

1. Создание банка данных исходной цифровой информации, обработка которой была произведена в дальнейшем. Этот банк включает данные по скважинам – по интервалам опробования и по содержаниям компонентов минерального сырья (табл.1).

2. Построение графиков изменчивости компонентов минерального сырья по каждой скважине и их описание (рис. 3-5).

3. Расчет матрицы корреляции Пирсона и ее характеристика (табл. 2).

4. Геологическая интерпретация полученных результатов.

Таблица 1

Результаты опробования соляных отложений Гремячинского месторождения

 

Скважина №

Интервал глубин, м

Содержание ионов, %

Расчётное содержание солей, %

Расчетное содержание минералов

от

до

Sr

Cl

SO4

Br

MgSO4

K2SO4

H2O крист.

сильвин

галит

карнал-лит

ангидрит

полигалит

кизерит

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

27

967,50

968,70

--

58,150

1,480

0,017

0,18

0,11

0,36

0,00

96,99

0,00

1,29

0,37

0,15

27

968,70

969,65

--

57,290

2,900

0,018

0,20

0,04

0,29

0,00

95,98

0,00

2,80

0,14

0,19

27

969,65

971,55

0,030

46,400

8,600

0,013

0,15

0,06

0,50

0,00

77,74

0,00

20,06

0,07

0,22

27

971,55

972,30

--

55,570

3,680

0,022

0,35

0,04

0,69

0,00

93,73

0,00

4,08

0,14

0,36

27

972,30

973,00

0,010

53,950

5,770

0,015

0,10

0,04

0,22

0,00

89,74

0,00

9,53

0,00

0,29

27

1171,40

1172,34

0,150

39,150

11,900

0,006

0,89

1,11

0,51

0,00

69,41

0,00

23,15

0,20

0,11

27

1172,34

1174,41

0,040

47,950

6,930

0,041

0,25

0,36

0,26

41,38

46,87

0,00

10,48

1,50

0,00

27

1174,41

1176,50

0,020

50,340

4,550

0,070

0,15

0,22

0,14

42,99

49,36

0,00

5,19

0,50

0,00

27

1176,50

1177,76

--

50,350

4,470

0,072

0,10

0,12

0,11

39,09

54,31

0,00

4,22

1,49

0,00

27

1177,76

1179,67

--

47,760

6,710

0,059

0,30

0,42

0,23

43,75

47,05

0,00

6,32

1,24

0,00

27

1179,67

1180,92

--

51,230

3,700

0,068

0,25

0,36

0,18

40,60

54,16

0,00

2,96

0,07

0,00

27

1180,92

1182,62

0,020

51,510

4,850

0,054

0,25

0,36

0,26

35,04

57,02

0,00

6,68

0,74

0,45

27

1182,62

1182,97

--

55,580

2,300

0,035

0,15

0,22

0,17

10,80

84,43

0,00

1,83

1,99

0,00

27

1182,97

1183,28

--

52,100

4,070

0,053

0,40

0,58

0,25

32,15

62,26

0,00

3,02

4,32

0,00

27

1183,28

1184,46

0,180

42,990

9,390

0,020

1,14

1,65

1,19

1,01

69,98

0,00

18,01

5,78

1,00

27

1184,46

1184,90

--

51,230

4,750

0,048

1,14

1,65

1,65

23,65

67,30

0,00

1,86

6,72

0,00

27

1184,90

1185,75

--

53,840

5,190

0,045

2,13

1,89

3,04

0,00

90,23

0,00

0,76

0,00

0,99

27

1185,75

1192,00

--

46,890

3,930

0,049

1,65

0,00

15,98

1,95

63,30

27,21

4,09

0,00

1,98

27

1192,00

1195,00

--

50,370

5,230

0,038

2,23

0,00

7,59

1,68

79,77

9,03

5,65

0,00

2,65

27

1195,00

1197,20

--

53,830

3,750

0,027

1,58

0,00

3,39

1,06

89,43

1,87

3,86

0,00

1,86

27

1197,20

1197,70

--

48,630

5,410

0,032

2,25

0,00

9,81

1,43

74,02

14,04

6,05

0,00

2,70

27

1197,70

1198,55

--

53,850

4,360

0,043

2,13

0,00

3,87

1,43

89,85

1,30

4,21

0,00

2,48

27

1198,55

1204,70

--

49,490

3,920

0,038

2,38

0,00

12,26

2,27

73,51

17,51

3,41

0,00

2,84

27

1204,70

1205,10

--

55,550

1,890

0,036

0,50

0,00

3,94

0,39

90,94

4,66

1,56

0,00

0,60

27

1205,10

1207,20

--

49,480

3,390

0,066

1,98

0,00

12,09

1,90

73,32

17,60

2,81

0,00

2,36

27

1207,20

1210,60

--

52,980

2,800

0,041

1,63

0,00

7,52

1,42

84,50

8,80

2,30

0,00

1,95

27

1210,60

1211,10

--

49,480

4,470

0,042

2,67

0,00

11,12

2,10

74,30

16,19

3,60

0,00

3,25

27

1211,10

1213,10

--

53,830

2,750

0,041

1,73

0,00

6,95

1,37

86,62

7,59

2,12

0,00

2,04

27

1213,10

1217,30

--

47,770

3,220

0,038

1,93

0,00

15,73

2,71

62,86

28,74

2,57

0,00

2,33

27

1217,30

1218,50

--

54,690

2,050

0,037

0,84

0,00

6,02

0,52

87,10

8,79

2,05

0,00

1,02

28

1110,80

1112,45

0,020

45,670

2,450

--

0,44

0,00

21,60

0,38

45,22

49,18

3,03

0,00

0,50

28

1112,45

1115,35

0,040

49,870

5,270

--

1,10

0,00

9,36

0,26

72,31

16,87

6,69

0,00

1,26

28

1115,35

1116,95

0,020

45,650

2,950

--

0,67

0,00

19,93

0,52

48,09

43,98

3,58

0,00

0,87

28

1116,95

1117,60

0,020

53,750

3,590

--

0,79

0,00

4,53

0,88

84,12

7,26

4,28

0,00

0,96

28

1117,60

1118,60

0,010

44,770

2,650

--

0,51

0,00

22,88

0,04

42,32

51,85

3,27

0,00

0,58

28

1118,60

1119,85

0,030

50,710

5,520

--

1,15

0,00

6,82

0,92

76,17

12,12

6,85

0,00

1,32

28

1119,85

1120,90

0,020

43,180

3,390

--

0,87

0,00

22,99

3,96

36,86

51,84

4,24

0,00

1,00

28

1120,90

1123,15

0,070

49,470

6,920

--

1,47

0,00

5,58

1,22

76,41

8,25

10,04

0,00

1,69

28

1123,15

1125,23

0,050

45,130

6,900

--

1,68

0,00

14,24

0,63

56,85

29,40

8,99

0,00

1,93

28

1125,23

1126,75

0,040

49,630

7,000

--

1,63

0,00

6,19

0,99

76,09

9,20

9,32

0,00

1,87

28

1126,75

1127,20

0,050

44,230

4,950

--

0,95

0,00

19,67

0,26

46,24

43,60

6,34

0,00

1,09

28

1127,20

1129,07

0,040

51,770

5,040

--

1,20

0,00

5,71

0,82

79,73

9,88

6,22

0,00

1,37

28

1129,07

1129,71

0,020

44,430

6,000

--

1,21

0,00

16,90

0,03

50,43

38,19

8,28

0,00

1,39

28

1129,71

1130,84

0,010

49,150

4,720

--

0,97

0,00

11,63

0,28

69,94

19,61

6,05

0,00

1,12

28

1130,84

1131,20

0,020

42,970

6,130

--

1,31

0,00

19,05

0,07

46,03

42,40

7,90

0,00

1,53

28

1131,20

1136,20

0,050

49,100

6,860

--

1,70

0,00

7,06

1,25

74,43

11,25

9,01

0,00

1,95

29

1212,83

1214,00

0,060

42,100

8,820

0,010

2,18

0,17

0,93

0,00

70,76

0,00

23,86

0,66

2,31

29

1214,00

1214,69

--

51,060

2,920

0,050

0,35

0,51

0,24

42,32

52,67

0,00

136,00

1,74

0,00

29

1214,69

1215,20

--

49,550

3,920

0,042

0,59

0,87

0,33

43,53

49,69

0,00

2,04

2,98

0,00

29

1215,20

1215,76

--

52,900

2,570

0,049

0,20

0,29

0,20

31,43

64,07

0,00

1,63

0,99

0,00

29

1215,76

1216,82

--

49,070

4,140

0,057

0,40

0,58

0,14

45,88

47,14

0,00

3,65

1,99

0,00

29

1216,82

1218,04

--

49,110

3,890

0,062

0,40

0,58

0,19

46,94

46,22

0,00

3,28

1,99

0,00

29

1218,04

1219,54

--

48,710

3,840

0,062

0,54

0,78

0,32

47,62

45,01

0,00

3,29

2,73

0,00

29

1219,54

1219,84

--

51,690

3,020

0,064

0,35

0,51

0,24

35,69

59,39

0,00

2,05

1,74

0,00

29

1219,84

1221,30

--

49,450

4,130

0,057

0,64

0,94

0,37

45,79

47,58

0,00

2,07

3,24

0,00

29

1221,30

1222,68

--

51,220

3,900

0,050

0,54

0,78

0,16

36,27

57,93

0,00

1,77

2,73

0,00

29

1222,68

1223,26

--

52,670

2,840

0,042

0,54

0,78

0,41

24,10

69,29

0,00

1,88

2,74

0,00

29

1223,26

1223,53

--

56,490

2,010

0,036

0,94

0,47

1,69

6,68

89,30

0,00

0,72

1,64

0,72

29

1223,53

1224,99

0,010

47,010

1,050

0,125

0,84

12,34

18,51

0,00

55,18

40,11

2,12

0,00

0,49

29

1224,99

1225,72

--

46,590

0,890

0,156

0,54

0,00

21,48

1,56

46,91

48,30

0,72

0,00

0,63

29

1225,72

1226,45

--

53,210

1,760

0,083

1,04

0,00

9,71

1,11

75,34

20,78

1,35

0,00

1,22

29

1226,45

1228,06

--

49,470

2,630

0,092

1,53

0,00

13,49

1,87

67,02

25,90

2,04

0,00

1,86

29

1228,06

1229,29

--

46,090

1,210

0,145

0,64

0,00

21,47

3,71

46,45

47,24

1,03

0,00

0,79

29

1229,29

1229,93

--

56,550

2,730

0,029

1,29

0,69

0,02

0,76

92,63

0,00

2,17

2,39

0,00

29

1229,93

1230,50

--

56,100

2,850

0,023

0,84

1,23

0,78

4,05

90,41

0,00

0,24

4,24

0,00

 

Построение графиков изменчивости качественных параметров соляной толщи было произведено с применением программы Microsoft Excel, были построены графики изменчивости всех исследуемых компонентов с глубиной по каждой скважине. На рис. 3-5 приведены графики по скважине 27, на основе которой охарактеризована изменчивость состава полезного ископаемого с глубиной на восточном фланге месторождения.

Скважина 27 опробована в интервале 967-1217 м. Графики распределения минералов по скважине (рис. 3) показывают преобладание галита по всему интервалу. Содержания этого минерала колеблются в пределах 46,87-97 %.

Вторым по количественной значимости является сильвин – пределы колебания содержаний 0-43,75 %.  В интервале 1171,4 - 1181 м отмечается снижение количества галита и возрастание содержания сильвина – сильвинитовый горизонт.

Третьим по значимости является карналлит – содержания варьируют от 0 до 28,74 %, его максимумы приходятся на интервал 1186-1217 м, то есть зона его повышенных значений сменяет вниз по разрезу сильвинитовый горизонт.

Ещё менее распространён по разрезу ангидрит – колебания его содержаний соответствуют интервалу 1,29-23,15 %. Его максимумы приходятся на верхнюю часть разреза, располагающуюся непосредственно над сильвинитовым горизонтом.

Прочие минералы (полигалит, кизерит) составляют весьма малые количества, не превышающие первых процентов. При этом следует отметить положительный пик концентрации полигалита, который соответствует подошве сильвинитового горизонта.

 

Рис. 3 - Распределение главных минеральных образований по скважине № 27

 

На рис. 4 приведены графики MgSO4, К2SO4 и Н2О кристаллической. Наибольшую контрастность показывает график Н2О кристаллической, который до глубины 1185 м не поднимается выше 2 %, а глубже идёт зона чередования его повышенных значений, которые тут колеблются от 3-4 % до 15,98 %. То есть наиболее водонасыщенная зона располагается ниже сильвинитового горизонта, где начинаются повышенные содержания карналлита и кизерита.

Второй по количеству вещественный компонент – MgSO4, который тоже с глубины 1185 м и ниже проявляет повышение содержаний до 2,13-2,25 %. Это также совпадает с зоной повышенных содержаний карналлита и кизерита.

Содержания K2SO4 тоже довольно низки (от 0 до 1,89 %). Характерно их нулевое значение с глубины 1185 м и ниже, что совпадает с отсутствием в этом интервале полигалита. 

 

Рис. 4. Распределение содержаний по скважине № 27

 

На рис. 5 представлены графики изменчивости ионных компонентов по скважине 27. По всему интервалу опробования преобладает Cl, концентрации колеблются от 39,15 до 58,15 %.

Ион SO4 присутствует в подчинённых количествах, которые колеблются от 1,48 % до 11,9 %.  Следует отметить отчётливую противофазность графиков распределения концентраций Cl и SO4 – практически по всему интервалу они ведут себя друг относительно друга зеркально, положительные пики содержаний одного иона синхронно сопровождаются отрицательными пиками другого иона, и наоборот. Особенно ярко это проявлено на глубинах 968,7 м, 1172 м и 1184 м.

Концентрации Br и Sr весьма низкие, их диапазон колеблется от 0 до 0,18 % для Sr, и от 0,013 до 0,068 % для Br.  При этом характерна противофазность пиков графиков для Sr и иона Cl.

Рис. 5 - Распределение ионных содержаний по скважине № 27

 

 

Также в программе Microsoft Excel была построена матрица корреляции Пирсона по всем исследуемым параметрам, включая глубину интервала опробования (табл.2).

 

Таблица 2

Матрица корреляции Пирсона компонентов вещественного состава солей

 

Глубина

Sr

Cl

SO4

Br

MgSO4

K2SO4

H2O крист.

Сильвин

Галит

Карнал-лит

Ангидрит

Полигалит

Кизерит

Глубина

1

0,29

-0,06

-0,23

0,41

0,27

0,18

-0,01

0,33

-0,25

-0,04

-0,01

0,30

0,11

Sr

0,30

1

-0,47

0,75

-0,48

0,30

-0,02

-0,40

-0,13

0,23

0,23

0,70

0,70

0,07

Cl

-0,06

-0,47

1

-0,53

-0,22

-0,15

-0,08

-0,53

0,05

0,70

0,70

-0,14

0,11

-0,18

SO4

-0,23

0,75

-0,53

1

-0,50

0,21

-0,13

-0,23

-0,04

-0,04

-0,04

0,18

0,06

0,16

Br

0,42

-0,48

-0,22

-0,50

1

-0,13

0,31

0,62

0,18

-0,04

-0,04

-0,12

-0,13

-0,07

MgSO4

0,28

0,30

-0,15

0,21

-0,13

1

-0,06

0,30

-0,52

-0,10

0,30

-0,08

-0,26

0,91

K2SO4

0,20

-0,02

-0,08

-0,13

0,31

-0,06

1

0,05

0,03

-0,04

-0,10

-0,02

0,15

-0,20

H2O крист.

-0,01

-0,40

-0,53

-0,23

0,62

0,31

0,05

1

-0,52

-0,38

-0,38

-0,14

-0,50

0,45

Сильвин

0,33

-0,13

0,05

-0,04

0,18

-0,60

0,03

-0,52

1

-0,52

-0,45

-0,13

0,51

-0,60

Галит

-0,25

0,23

0,70

-0,04

-0,04

-0,10

-0,04

-0,38

-0,52

1

-0,47

-0,04

-0,12

0,25

Карналлит

-0,04

0,23

0,70

-0,04

-0,04

0,30

-0,10

-0,38

-0,45

-0,47

1

-0,14

-0,44

0,31

Ангидрит

-0,01

0,70

-0,14

0,18

-0,12

-0,08

-0,02

-0,14

-0,13

-0,04

-0,14

1

0,05

-0,08

Полигалит

0,30

0,7

0,11

0,06

-0,13

-0,26

0,15

-0,50

0,51

-0,12

-0,44

0,05

1

-0,50

Кизерит

0,12

0,07

-0,18

0,16

-0,07

0,91

-0,20

0,45

-0,60

0,25

0,31

-0,08

-0,50

1

 

Анализ корреляционной матрицы позволяет увидеть следующие характерные взаимосвязи между минералами:

1)  галит и сильвин имеют выраженную отрицательную связь;

2)  карналлит имеет отрицательные связи как с галитом, так и с сильвином;

3) ангидрит с галитом, сильвином и карналлитом отчётливых корреляционных связей не имеет;

4) с сильвином имеют отчётливые связи полигалит (положительную) и кизерит (отрицательную).

Весьма сильные корреляционные взаимосвязи можно увидеть между минералами и соляными компонентами, а также ионами:

1) наибольшую силу проявила положительная связь между кизеритом и MgSO4, что объясняется вхождением этой соли в состав минеральной формулы кизерита;

2) весьма сильные положительные связи отмечаются с хлором таких минералов, как  галит и карналлит – эти минералы представляют собой хлоридные соединения;

3) сильные положительные связи отмечаются у Sr с ангидритом и полигалитом (эти минералы являются сульфатными соединениями, а стронций входит в состав сульфатного минерала – целестина, так что высокая положительная связь этого элемента с минералами класса сульфатов закономерна).

Анализ графиков распределения компонентов вещественного состава соляной толщи, а также корреляционной матрицы позволяет выделить хлоридную и сульфатную стадии процесса эвапоритизации, который и привёл к формированию данного разреза.

Эвапоритизация представляет собой выпадение солей в твёрдый осадок из пересоленных бассейнов лагунного типа, развивающихся в условиях аридного климата, при высокой круглогодичной температуре и весьма ограниченном количестве выпадающих атмосферных осадков. В этом процессе при нормальном его течении осуществляется прогрессивная ветвь, когда при возрастании общей солёности вод мелководного лагунного бассейна из раствора последовательно выпадают в осадок сначала труднорастворимые соединения (сульфаты – ангидрит, кизерит, полигалит), затем легкорастворимые (хлориды, сначала натриевые - галит, затем калийные – сильвин, карналлит) [1].

Изученная часть разреза соответствует преимущественному накоплению наиболее высокорастворимых хлоридов. Тем не менее в разрезе наблюдается смешанность между солями, которые соответствуют разным стадиям эвапоритового процесса.  Эту смешанность минералов разной растворимости можно объяснить сложной динамикой осаждения солей в бассейне. Эта динамика могла нарушаться периодическими изменениями солености вод, которые время от времени испытывали опреснение. Опреснения могли быть обусловлены кратковременными  соединениями лагунного бассейна с основным морским бассейном, а также спорадическим увеличением количества выпадающих атмосферных осадков в течение некоторых временных отрезков.

 

Библиографический список

1. Байков А.А., Седлецкий В.И. Литогенез (мобилизация, перенос, седиментация, диагенез осадков). – Ростов-на-Дону, Изд-во СКНЦ ВШ, 1997. – 448 с.

2. Отчет о разведке Гремячинского месторождения калийных солей. – Котельниково, 2007. – 316 с.

 

 

 

 


 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.