В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 553.551 (470.61)

Особенности вещественного состава и условия формирования карбонатных пород  Кульбакинского месторождения (Ростовской область)

 

Бутенков А.А., доцент

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

 

В данной работе охарактеризовано геологическое строение Кульбакинского месторождения цементного сырья (Ростовская область). Охарактеризованы особенности состава мергелей полезной толщи, а также изменчивость и корреляционные взаимосвязи компонентов вещественного состава. 

 

Кульбакинское месторождение цементного сырья расположено Ростовской области, в пределах Матвеево-Курганского и Куйбышевского административных районов, к востоку от с. Кульбаково. Территория участка представляет слабовсхолмленную собой равнину, северная часть которой относится к Донецкому кряжу, а большая часть площади расположена в Приазовской равнине.

Территория месторождения приурочена к северному крылу Тузлов-Манычского прогиба, граничащего с Донецким складчатым сооружением [2]. Тузлов-Манычский прогиб, являющийся частью Азово-Кубанской впадины, выполнен на площади месторождения  верхнемеловыми образованиями (джегутинская и прасоловская свиты) [2].

Породы джегутинской свиты представлены мелом, в том числе песчанистым, реже мелоподобными мергелями и песчаниками, залегающими несогласно на каменноугольных отложениях. Согласно перекрыты терригенно-карбонатными породами прасоловской свиты, а также миоценовыми отложениями.

Карбонатные породы джегутинской свиты имеют белый, светло-серый с желтоватым оттенком цвет и массивное сложение. Отдельность толстоплитчатая и глыбово-комковатая. Характерной особенностью свиты является присутствие в подошве глауконитовых песчаников со стяжениями фосфоритов.

Породы прасоловской свиты согласно залегают на подстилающих породах джегутинской свиты и представлены мергелями, алевролитами, аргиллитами и песчаниками. В целом для прасоловской свиты характерна следующая закономерность: подошвенные части сложены мергелями, сменяющимися выше на алевритистые мергели и алевролиты, в кровле появляются разнозернистые известковистые песчаники, то есть в направлении снизу вверх наблюдается уменьшение карбонатности отложений [2].

Целью исследований в данной работе является выявление особенностей вещественного состава карбонатных отложений Кульбакинского месторождения, а также условий их накопления.

В качестве исходного материала для исследований использована серия шлифов пород полезной толщи. Здесь представлена характеристика трех наиболее типичных породных разностей. Кроме того,

В данной работе представлены результаты микроскопического исследования карбонатных пород Кульбакинского месторождения – шлифов мергеля прасоловской свиты и писчего мела джегутинской свиты.

На рис. 1 в шлифе № 1 представлен мергель из отложений прасоловской свиты верхнего мела.

Порода представляет собой типичный мергель, сложенный микритовым кальцитом, тонкочешуйчатым глинистым веществом с подчиненным количеством раковин фораминифер и радиолярий.

Структура микритовая, порода сложена кристаллами кальцита размеров около 0,001 мм. Текстура неупорядоченная, однородная.

Порода сложена микритовым кальцитом и тонкочешуйчатым глинистым веществом примерно в равных соотношениях (40-45%). В этой основной массе располагаются раковины различных фораминифер (15-20 %), как однокамерных, так и многокамерных. Внутренние камеры фораминифер заполнены аморфным, либо очень тонкочешуйчатым алюмосиликатным веществом, которое реагирует на поляризованный свет. Помимо микрита в основной массе присутствует и тонкочешуйчатое глинистое вещество (25-30%), с размером чешуй менее 0,001 мм, которое придает породе серовато-коричневую окраску.

В основной массе также наблюдаются раковины радиолярий (10-15%) размером до 0,2 мм и редко спикулы губок размером до 0,7 мм, сложенные опалом. Наблюдаются единичные зерна кварца и слюды алевритовой размерности.

В породе присутствует пирит, заполняющий камеры некоторых фораминифер, либо в виде стяжений неправильной формы, сложенных микросферолитами, размером до 0,7 мм в количестве около 1 %.

Открытая пористость не более 1 %.

 

 

Рисунок 1Мергель прасоловской свиты

 

В шлифе № 2 представлен писчий мел песчанистый (известняк детритово-микритовый) из отложений джегутинской свиты верхнего мела (рис. 2).

Структура детритово-микритовая. Порода сложена микритовым кальцитом с размером зерен менее 0,001 мм.

Текстура пятнистая – на отдельных участках преобладает микрит, а на других скопление обломков.

В микритовой массе располагаются скопления неправильной формы, размером до 10 мм, сложенные обломками призматического слоя раковин иноцерамов, представленные монокристаллами кальцита, обломки раковин остракод, обломки иглокожих. Размер отдельных обломков достигает 1,0 мм, остальных 0,2-0,4 мм. Общее количество всех обломков достигает 30 %.

Наблюдаются единичные зерна кварца и глауконита размером до 0,1 мм. Визуально глинистое вещество не наблюдается.

Открытая пористость 1-2 %.

 

 

Рисунок 2 – Мел песчанистый (известняк детритово-микритовый)

 

В шлифе № 3 представлен писчий мел (известняк детритово-форамениферовый) из отложений джегутинской свиты (рис. 3).

Структура биоморфная, микритовая, фораминиферовая. Текстура неупорядоченная, однородная.

Порода сложена раковинами фораминифер (60%), в основном однокамерных, размером 0,01-0,02 мм, камеры которых заполнены микрозернистым кальцитом. В этой фораминиферово-микритовой массе равномерно распределены относительно крупные (0,1-0,3 мм, отдельные до 0,7 мм) обломки призматического слоя раковин иноцерамов, сложенных монокристаллами кальцита (5-3%), обломки раковин остракод (3%), крупные обломки иглокожих размером до 2,0 мм (2-3%) и крупные многокамерные фораминиферы (2-3%). Общее количество всех обломков не превышает 10-12%.

Визуально глинистого вещества не наблюдается.

Открытая пористость составляет не более 2%.

 

 

 

Рисунок 3 – Мел (известняк микритово-фораминиферовый)

 

Было выполнено исследование закономерностей изменчивости в пределах месторождения компонентов вещественного состава карбонатных пород (содержаний SiO3, Al2O4, Fe2O4, TiO3, P2O6, CaO, MgO, Na2O, K2O, SO4), а также их физико-механических свойств (объемной массы, влажности, коэффициента пористости). Для этого использованы результаты разведочного бурения на месторождении по 27 скважинам (в табл. 1 и 2 приведены средние значения параметров по скважинам).  Построены карты изменчивости наиболее характерных параметров полезной толщи (рис. 4-10), а также рассчитаны значения корреляционных связей между ними (табл. 3 и 4).

 

Таблица 1 – Результаты аналитических определений компонентов

вещественного состава пород рентгеноспектральным методом

 

№ скважины Содержания компонентов, %
SiO3 Al2O4 Fe2O4 TiO3 P2O6 CaO MgO Na2O K2O SO4
1 8,89 1,91 0,81 0,12 0,14 47,54 0,55 0,23 0,53 0,21
2 10,03 2,05 1,02 0,15 0,12 46,77 0,49 0,17 0,35 0,14
3 3,84 0,28 0,33 0,04 0,07 52,38 0,33 0,09 0,08 0,28
4 2,73 0,46 0,22 0,06 0,1 52,85 0,32 0,1 0,16 0,24
7 7,11 1,12 0,76 0,08 0,51 49,79 0,42 0,1 0,32 0,25
9 10,58 2,41 0,91 0,16 0,17 45,93 0,31 0,13 0,47 0,27
10 2,14 0,29 0,21 0,04 0,08 53,68 0,38 0,08 0,08 0,21
12 9,84 2,03 0,81 0,13 0,13 46,72 0,58 0,17 0,41 0,21
15 10,05 2,04 0,81 0,13 0,13 46,97 0,56 0,13 0,41 0,28
16 6,8 1,62 0,62 0,12 0,13 49,22 0,51 0,17 0,35 0,25
17 2,03 0,32 0,2 0,05 0,08 53,22 0,29 0,08 0,1 0,24
18 3,07 0,23 0,32 0,04 0,07 53,07 0,32 0,08 0,08 0,19
20 1,92 0,4 0,21 0,06 0,1 53,03 0,32 0,08 0,08 0,27
21 14,36 2,98 1,1 0,19 0,13 42,93 0,72 0,16 0,61 0,42
23 3,17 0,38 0,23 0,05 0,08 52,9 0,35 0,09 0,09 0,19
24 2,1 0,23 0,23 0,04 0,09 53,69 0,32 0,08 0,08 0,18
25 2,37 0,29 0,22 0,04 0,09 53,58 0,33 0,08 0,09 0,22
26 31,29 5,71 2,13 0,38 0,12 30,59 1,08 0,36 1,35 0,45
27 2,74 0,41 0,42 0,05 0,43 53,11 0,37 0,09 0,16 0,27

 

Таблица 2 – Результаты определения физико-механических свойств
карбонатных пород

 

№ скважины Объемная масса, г/см3 Влажность, % Коэффициент
пористости, %
1 1,84 24,7 0,9
2 2,05 8,9 0,7
3 1,95 10,1 0,4
4 1,93 13 0,9
7 1,93 13,56 0,4
9 1,92 20,3 0,8
10 1,99 15,8 0,4
12 2,08 10,05 0,6
15 1,99 9,9 0,4
16 2,04 12,5 0,4
17 2,08 6,5 0,3
18 2,08 8,2 0,4
20 1,94 11 0,5
21 1,87 15,5 0,7
23 1,92 14,8 0,6
24 1,91 16,1 0,4
25 1,9 14,23 0,7
26 1,89 15,01 0,8
27 1,86 15,33 0,5

 

 

Рисунок 4 – Карта распределения содержаний CaO

 

 

Рисунок 5 – Карта распределения содержаний SiO3

 

 

Рисунок 6 – Карта распределения содержаний Al2O3

 

 

Рисунок 7 – Карта распределения содержаний Na2O+K2O

 

 

Рисунок 8 – Карта распределения значений влажности

 

 

Рисунок 9 – Карта распределения значений коэффициента пористости

 

 

Рисунок 10 – Карта распределения значений объемной массы

 

 

Таблица 3 – Корреляционная матрица вещественных компонентов

 

  SiO3 Al2O3 Fe2O3 TiO2 P2O5 CaO MgO Na2O K2O SO3
SiO3 1,00 0,98 0,96 0,98 0,07 -1,00 0,94 0,80 0,95 0,30
Al2O3   1,00 0,97 0,99 0,06 -0,99 0,96 0,81 0,95 0,31
Fe2O3     1,00 0,96 0,21 -0,97 0,92 0,80 0,93 0,34
TiO2       1,00 0,05 -0,98 0,93 0,81 0,95 0,27
P2O5         1,00 -0,08 0,08 0,05 0,15 0,42
CaO           1,00 -0,95 -0,81 -0,96 -0,31
MgO             1,00 0,78 0,92 0,31
Na2O               1,00 0,88 0,22
K2O                 1,00 0,35
SO3                   1,00

 

Таблица 4 – Корреляционная матрица вещественных компонентов
и физико-механических свойств

 

  SiO3 Al2O3 CaO Na2O+K2O Влажность, % Объемная масса, г/см3 Коэффициент пористости,%
SiO3 1,00 0,99 -1,00 0,96 0,19 -0,19 0,44
Al2O3   1,00 -0,99 0,98 0,23 -0,18 0,48
CaO     1,00 -0,97 -0,20 0,18 -0,46
Na2O+K2O       1,00 0,33 -0,24 0,53
Влажность, %         1,00 -0,77 0,57
Объемная масса, г/см3           1,00 -0,50
Коэффициент
пористости,%
            1,00

 

Анализ минералого-петрографических характеристик известковых пород под микроскопом, а также построенных карт распределения химических и физико-механических параметров, корреляционных связей между ними, позволяют сделать выводы относительно условий формирования отложений.

Микроскопическое описание шлифов писчего мела показало, что он представляет собой разновидность органогенного известняка, т.е. продукт накопления кокколитов – мельчайших фрагментов капсул планктонных золотистых водорослей (кокколитофорид), а также других биофрагментов нанопланктона. В настоящее время эти остатки выглядят в виде микритовой массы, которая предположительно является продуктом переработки кокколитового осадка илоедами (биотурбации). В исследованных образцах мела также выявлены многочисленные остатки фораминифер, обломки раковин иноцерамов, остракод и радиолярий. Толщи мела формируются на шельфе в некотором удалении от берега в условиях теплых тропических и экваториальных зон земли, при малом терригенном стоке [1].

Микроскопическое исследование мергелей показало, что они близки по составу к изученным образцам писчего мела, но содержат глинистую примесь (до 30%), зерна кварца и слюды, а также некоторое количество органического вещества, за счет которого в условиях диагенеза образовались стяжения пирита. Они накапливались в условиях шельфа на более мелких глубинах и ближе к берегу чем мел в связи с чем и содержат значительную терригенную примесь.

Накопление известковой части изученного материала можно связать с органогенным процессом, а алюмосиликатная часть формировалась в связи с привносом терригенного (главным образом глинистого) материала с континента [1]. Исследуемая полезная толща известковых пород в значительной степени представлена отложениями джегутинской свиты верхнего мела, сложенными главным образом писчим мелом (нижняя часть толщи). Верхняя часть изучаемого разреза отчасти представлена отложениями прасоловской свиты верхнего мела, главным образом мергелями. Следовательно, можно прийти к выводу, что в течение времени накопления полезной известковой толщи наблюдалось некоторое уменьшение глубины морского бассейна, вследствие чего в верхних частях разреза возрастала роль терригенной примеси.

Корреляционный анализ позволил отчетливо разделить две вещественные составляющие изучаемых пород – карбонатную (выражается через содержания СаО, не имеющего положительных связей ни с одним из прочих вещественных компонентов) и алюмосиликатную глинисто-терригенную (выражена тесно связанными между собой SiO3, Al2O4, Fe2O4, MgO, Na2O, K2O, TiO3). Связи содержаний вещественных компонентов и физико-механических свойств проявлены относительно слабо. Они отмечаются в положительно связанных SiO3, Al2O3 и Na2O+K2O со значениями пористости (с которой карбонатность имеет отчетливо отрицательную связь) – т. е. более мелководные отложения с повышенной глинисто-терригенной примесью закономерно более пористы, а карбонатный материал способствует закрытию порового пространства горных пород.

Карты распределения вещественных компонентов карбонатных пород показывают общий тренд, согласно которому в направлении с юга на север наблюдается возрастание карбонатности (СаО), и соответствующее снижение глинистости (SiO3, Al2O3, Na2O+K2O) – следовательно, в северном направлении происходит фациальная смена относительно мелководных отложений более глубоководными.

 

Библиографический список

  1. Кузнецов В.Г. Литология. Осадочные горные породы и их изучение. — M.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2007. — 511 с.
  2. Куприн В.Ф. и др. Поиски, оценка и разведка цементного сырья на Кульбакинском участке Ростовской области. – М., ОАО «Лафарж Цемент», 2011. – С. 171.

 


 

 


 

Разделы конференции »

  1. Единый государственный реестр 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
  11. Современные технологии в профессиональном образовании