 |  | ||||
 УДК 553.626 (470.62) Пространственные закономерности распределения качественных показателей песчано-гравийной смеси Черединовского месторождения (Краснодарский край)
Бутенков А.А., доцент Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, Россия
Проведено исследование закономерностей распределения и взаимосвязей параметров качества песчано-гравийной смеси в пределах площади Черединовского месторождения Гулькевичского района Краснодарского края.
Черединовское месторождение песчано-гравийной смеси расположено в Гулькевичском районе, в 2,0 км к севернее г. Гулькевичи. Месторождение ограничено контурами горного отвода, и располагается на левобережье р. Кубани, в пределах Кубанской предгорной наклонной равнины. В структурном отношении она приурочена к южному крылу восточной части Азово-Кубанской впадины Предкавказского передового прогиба [2]. Геологическое строение изучаемого участка включает неогеновые и четвертичные отложения. Отложения неогеновой системы на площади работ на дневную поверхность не выходят. По результатам буровых работ на месторождении, подстилающие продуктивную толщу породы представлены серыми с коричневым оттенком глинами, иногда с желваками карбонатного состава. Возраст отложений верхнеплиоценовый (N23), мощность до 50 м. Четвертичные отложения залегают на размытой поверхности пород неогена, и именно с ними связано минеральное сырье Черединовского месторождения, которое относится к верхнечетвертичным аллювиальным отложениям, слагающим надпойменную террасу р. Кубани (аQIII). Полезная толща представлена залегающей горизонтально пластообразной залежью гравийно-песчаных и песчано-гравийных отложений. Геолого-литологический разрез месторождения следующий: 1. Почвенно-растительный слой с корнями растений. Представлен интенсивно гумусированными суглинками и супесями. Его мощность колеблется от 0,0 до 0,5 м, средняя по месторождению – 0,3 м. 2. Суглинок буровато-коричневый умеренно-слабопластичный, с редкими включениями рыхлых и твёрдых карбонатов. Его мощность достигает 2,5 м, средняя по месторождению – 1,1 м. 3. Гравийно-песчаные отложения желтовато-коричневые, с содержанием 15-20 % гравийных фракций размером до 40 мм. Их мощность колеблется от 0,6 до 6,5 м, средняя по месторождению – 2,9 м. Отложения являются полезной толщей. 4. Песчано-гравийные отложения обычно бурого цвета. Их мощность колеблется от 2,7 до 7,8 м, средняя по месторождению – 5,6 м. Песчано-гравийная смесь почти полностью обводнена. Породы этого слоя, как и вышележащих гравийно-песчаных отложений, являются отложениями полезной толщи. Содержание валунов (фракции более 70 мм) в смеси в среднем составило 0,4 %, гравия (фракции 5-70 мм) – 45,9 %, песка (фракции менее 5 мм) – 53,7 %. 5. Песок светло-коричневый, мелкозернистый, глинистый, с редкими включениями мелкого гравия. Его мощность колеблется от 5,7 до 8,0 м. Является подстилающей полезную толщу породой. 6. Глина от светло-коричневой до коричневой, среднепластичная, с включениями рыхлых и твёрдых карбонатов до 3,0 %. Является подстилающей полезную толщу породой. Ее вскрытая мощность колеблется от 0,6 до 3,4 м. По петрографическому составу крупнообломочный материал песчано-гравийной смеси состоит из изверженных пород – 43,8 %, метаморфических – 30,5 %, осадочных – 21,0 % и зерен кварца – 4,7 %. Выветрелые и слабые зерна в общей сложности составляют 8,8 %, а лещадной и игловатой формы – 4,5 %. Мелкий заполнитель (песок) состоит из зерен кварца, полевого шпата и, в подчиненном количестве, тёмноцветных пород (амфибол). Целью данной работы является выявление пространственных закономерностей распределения гранулометрических показателей полезного ископаемого в сочетании с литологическими характеристиками и геолого-промышленными параметрами отработки месторождения. Для этого использованы данные опробования песчано-гравийной смеси на разведанном аналогичном месторождении Черединовском (рис. 2.1) в пределах Гулькевичского района Краснодарского края, которое может быть использовано в качестве эталонного объекта. Анализ пространственного распределения качественных параметров полезного ископаемого проводится на основе результатов опробования полезной толщи, выполненных на разведочной стадии работ по Черединовскому месторождению. Использованы параметры характеристик гранулометрического состава и физико-механических свойств пород полезной толщи (табл. 1). Для решения поставленной задачи использовались программы Microsoft Excel и Surfer, с помощью которых был создан банк исходных данных (табл. 1), построены карты распределения качественных показателей минерального сырья (рис. 1-18, а также рассчитана матрица корреляции (табл. 2).
Таблица 1 – Гранулометрический состав и физико-механические свойства минерального сырья
Рисунок 1 – Площадное распределение фракций гравия и валунов размерами 5-100 мм
На рис. 1 показано площадное распределение общего количества фракций гравия и валунов размерами 5-100 мм. Значения содержаний колеблются от 27,6 % до 55,5 %, среднее значение составляет 46,3 %. Повышение содержаний фракций идет в направлении с юга на север и северо-запад участка.
Рисунок 2 – Площадное распределение фракций валунов размерами 70-100 мм
На рис. 2 представлено площадное распределение фракции валунов размерами 70-100 мм. Значения варьируют от 0 до 1,7 %, в среднем 0,4 %. На большей части участка содержания данной фракции пониженные, и возрастают только в центральной части вдоль северной границы участка.
Рисунок 3 – Площадное распределение фракций гравия размерами 40-70 мм
На рис. 3 представлено распределение по площади фракции гравия размерами 40-70 мм. Содержания колеблются от 0 до 7,4 %, в среднем значение составляет 4,3 %. Повышение содержаний данной фракции в целом нарастает с юга на север.
Рисунок 4 – Площадное распределение фракций гравия размерами 20-40 мм
На рис. 4 показано распределение фракции гравия размерами 20-40 мм. Значения содержаний колеблются от 10,3 до 24,7 %, среднее значение составляет 19,3 %. Распределение содержаний данной фракции аналогично описанному для фракции 40-70 мм.
Рисунок 5 – Площадное распределение фракций гравия размерами 10-20 мм
На рис. 5 видно распределение фракции гравия размерами 10-20 мм. Значения содержаний колеблются от 13,6 до 19,1 %, среднее значение составляет 16,7 %. Распределение содержаний данной фракции во многом схоже с описанным для фракций 40-70 и 20-40 мм.
Рисунок 6 – Площадное распределение фракций гравия размерами 5-10 мм
На рис. 6 наблюдается площадное распределение фракции гравия размерами 5-10 мм. Значения содержаний колеблются от 4,8 до 7 %, среднее значение составляет 5,6 %. Повышение содержаний данной фракции наблюдается в юго-восточной части площади, а к северу и северо-западу отмечается снижение.
Рисунок 7 – Площадное распределение фракций гравия размерами 5-70 мм
На рис. 7 наблюдается распределение общего количества фракций гравия размерами 5-70 мм. Значения изменяются от 27,6 до 54,9 %, среднее значение составляет 45,9 %. Нарастание содержаний данной фракции наблюдается с юга на север.
Рисунок 8 – Площадное распределение фракций песка размерами менее 5 мм
На рис. 8 представлена карта площадного распределения общего количества фракций песка размерами менее 5 мм. Значения содержаний колеблются от 44,5 % до 72,4 %, среднее значение составляет 53,7 %. Повышение содержаний данной фракции в целом нарастает с севера на юг.
Рисунок 9– Площадное распределение фракций песка размерами более 2,5 мм
На рис. 9 видно площадное распределение фракции песка размером более 2,5 мм. Значения изменяются от 0 % до 2,6 %, среднее значение составляет 1,7 %. Повышение содержаний данной фракции наблюдается по направлению к периферии участка во все стороны, а в центральной части видно снижение содержаний.
Рисунок 10 – Площадное распределение фракций песка размерами более 1,25 мм
На рис. 10 видно распределение фракции песка размером более 1,25мм. Содержания колеблются от 0 % до 1 %, среднее значение составляет 0,6 %. Полоса снижения содержаний фракции наблюдается в виде полосы, протягивающейся диагонально с юго-запада на северо-восток, через центр участка.
Рисунок 11 – Площадное распределение фракций песка размерами более 0,63 мм
На рис. 11 наблюдаем распределение по площади фракции песка размером более 0,63мм. Содержания варьируют от 0 % до 1,4 %, среднее значение составляет 1 %. Зона снижения содержаний фракции наблюдается в центральной части участка.
Рисунок 12 – Площадное распределение фракций песка размером более 0,315 мм
На рис. 12 представлена карта распределения фракции песка размером более 0,315мм. Значения содержаний колеблются от 0 % до 21,1 %, среднее значение составляет 17,7 %. Зона снижения содержаний фракции наблюдается в центральной части участка и южнее.
Рисунок 13 – Площадное распределение фракций песка размером более 0,16 мм
На рис. 13 представлена карта распределения фракции песка размером более 0,16мм. Значения содержаний колеблются от 0 % до 33,4 %, среднее значение составляет 26,2 %. Зона снижения содержаний фракции наблюдается в центральной части участка и южнее.
Рисунок 14 – Карта распределения фракций песка размерами менее 0,16 мм
На рис. 14 видна карта площадного распределения фракции песка размером менее 0,16 мм. Содержания варьируют от 5,4 % до 15,2 %, в среднем составляя 10,1 %. Область понижения содержаний отмечается в центральной и северной частях участка.
Рисунок 15 – Площадное распределение пылевато-глинистых частиц
На рис. 15 представлена карта распределения пылевато-глинистых частиц. Значения содержаний колеблются от 2,7 % до 9,7 %, среднее значение составляет 5,8 %. Повышение содержаний данной фракции наблюдается в западной - юго-западной и юго-восточной частях участка.
Рисунок 16 – Площадное распределение значений объемной насыпной плотности
На рис. 16 представлена карта распределения объемной насыпной плотности. Значения колеблются от 1354 до 1641 кг/м3, среднее значение составляет 1560 кг/м3. Нарастание значений этого параметра наблюдается в северо-западной, северной и северо-восточной частях участка.
Рисунок 17 – Площадное распределение содержания зерен слабых пород
На рис. 17 представлена карта площадного распределения содержания зерен слабых пород, которые изменяются от 2 до 5,2 %, в среднем составляя 3,4 %. Нарастание значений этого параметра наблюдается к северо-западу и северо-востоку участка.
Рисунок 18 – Площадное распределение значений потерь в массе при сжатии в цилиндре
На рис. 18 представлено площадное распределение значений показателя потерь в массе при сжатии в цилиндре. Значения колеблются от 5,84 до 7,68 %, среднее значение составляет 6,83 %. Нарастание значений этого параметра наблюдается в южной части участка По данным опробования и лабораторных исследований минерального сырья была рассчитана корреляционная матрица по качественным характеристикам, которая позволила выявить степень взаимосвязи между ними (табл. 2). Выделяются группы параметров, образующих сильные положительные связи между собой. Сюда относятся все фракции гравия крупнее 10 мм, сильно положительно связанные друг с другом, а также с фракцией валунов. Также сильно положительно связаны друг с другом фракции песка различной крупности. Значения потерь в массе при сжатии в цилиндре положительно связаны с количеством песчаных фракций. Сильные отрицательные связи обнаруживаются между содержаниями гравийно-валунных и песчаных фракций. При этом фракция мелкого гравия 5-10 мм отрицательно связана с более крупным гравием и валунами (зато положительно – с песчаными фракциями и песчано-глинистыми частицами). Значения потерь в массе при сжатии в цилиндре и песчаные фракции отрицательно связаны с объемной насыпной плотностью и содержанием зерен слабых пород.
Таблица 2 – Матрица корреляции
В процессе разведочных работ по скважинным пересечениям на Черединовском месторождении были проведены петрографические разборки песчано-гравийного материала [1, 2]. По окатанности среди отложений преобладают угловатоокатанные зёрна (в среднем – 53,5 %). В подчинённом количестве находятся округлоокатанные (42,0 %), лещадные и игловатые (4,5%). По степени выветрелости: свежих зёрен в среднем – 17,5 %, затронутых выветриванием – 73,7 %, выветрелых – 8,8 %. По характеру поверхности: гладких зёрен оказалось в среднем 48,5 %, шероховатых – 51,5 %. По литологическому составу наибольшее количество зёрен гравия относится к изверженным породам (в среднем – 43,8 %). Это – граниты (22,2 %), диориты (4,5 %), порфириты (1,1 %), диабазы (4,3 %) и габбро (1,8 %). Метаморфических пород в среднем 30,5 %, в том числе гнейсов – 3,8 %, кристаллических сланцев – 1,5 %, кварцитов – 16,2 %, кремней – 6,0 %. Осадочные породы (21,0 %) представлены песчаниками (16,5 %), алевролитами (3,5 %) и известняками (1,0%). Зёрен молочно-белого кварца в среднем 4,7 %. Пески, входящие в состав песчано-гравийной смеси, представляют собой продукт разрушения тех же пород, из которых состоят гравийные фракции. Анализ распределения значений качественных параметров в пределах месторождения, а также их корреляционных взаимосвязей, позволил выявить их закономерное распределение. Изменчивость литологического состава песчано-гравийной смеси Черединовского месторождения можно оценить через распределение гранулометрических фракций. Анализ карт и матрицы корреляции позволяет выделить две резко отличающиеся группы фракций крупности – относящиеся к размерностям более и менее 5 мм. Эти фракции в своем площадном распределении абсолютно противофазны, что объясняется их резкими различиями в весе обломков. Соответственно, разной является и сила водного потока, способная их переместить. Крупные (тяжелые) фракции большей частью тяготеют к северу исследуемого участка, а мелкие (легкие) – к югу. Такое распределение объясняется различиями в интенсивности динамики водной среды: по северу участка течения были более сильными (вероятно, там был изгиб речного русла). Качественные параметры песчано-гравийной смеси охарактеризованы значениями объемной насыпной плотности, содержания зерен слабых пород, а также значениями потерь в массе при сжатии в цилиндре. Объемная насыпная плотность характеризует массу полезного сырья на единицу объема. По площади месторождения этот параметр распределен относительно равномерно, изменяясь в пределах 1560-1641 кг/м3. Лишь по скважине № 7 значение резко падает до 1354 кг/м3. По картам распределения гранулометрических фракций видно, что по этой скважине также резко снижается содержание всех песчаных фракций, включая пылевато-глинистые частицы, но при этом возрастает содержание грубых фракций, начиная с гравия 20-40 мм. Отсюда вывод – объемная насыпная плотность в основном обусловлена количеством мелких обломков, способных в большей степени заполнять пространство, и при этом грубые обломочные фракции способны оставлять много пустот межобломочного пространства, что снижает значения объемной насыпной плотности. Содержание зерен слабых пород по площади месторождения низкое (2-5,2 %), значение параметра возрастает к северу, северо-востоку и северо-западу участка. В том же направлении возрастает количество грубых гранулометрических фракций, т. е. именно для них наиболее характерно наличие слабых зерен, в то время как мелкие обломки наиболее устойчивы. Значения потерь в массе при сжатии в цилиндре на участке невысоки (5,84-7,68 %). Значения параметра возрастают в южном направлении. В этом же направлении возрастает количество мелкообломочных фракций, т. е. именно с ними связаны потери в массе при сжатии в цилиндре.
Библиографический список
| |||||
 |  |
