Генетический и геолого-промышленный тип Верхнекамского месторождения (Быгельско-Троицкий участок)

Министерство образования и науки

Санкт-Петербургский государственный горный университет

Кафедра геологии и разведки месторождений полезных ископаемых

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Промышленные типы рудных месторождений полезных ископаемых

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: Генетический и геолого-промышленный тип Верхнекамского месторождения (Быгельско-Троицкий участок)

Автор: ст. гр. РФ-07 Мищенко И.А.

Руководитель проекта доцент Кирьякова И.Г.

Санкт-Петербург 2011 год

Аннотация

В данной курсовой работе рассмотрены вопросы генетического и геолого-промышленного типа Верхнекамского месторождения.

Листов– 28, рисунков – 6, таблиц – 6.

Содержание

1. Географо-экономический очерк района

2. Геологическая характеристика месторождения

2.1 Стратиграфия и литология соленосных и надсолевых отложений

2.2 Структурно-тектонические особенности Быгельско-Троицкого участка

2.3 Строение и литологический состав продуктивной толщи

2.4 Элементы-примеси солей

3. Геолого-экономическая оценка месторождения

3.1 Промышленные сорта руд, их запасы и состав

3.2 Способ и система разработки, потери и разубоживание руды при добыче

3.3 Технология обогащения, показатели обогатимости руд

3.4 Подсчеты запасов калийной руды

4. Генетический и геолого-промышленный тип месторождения

5. Геоэкологическая оценка состояния Верхнекамского месторождения солей

6. Проектная часть

Список используемой литературы

1. Географо-экономический очерк района

Верхнекамское месторождение калийных солей расположено в юго-восточной части Чердынского, в центральной части Соликамского и юго-восточной части Ворошиловского административных районов Пермского края.

Отложения солей простираются с севера на юг в виде пластовой залежи калийной соли. Они прослеживаются с севера к югу почти на 95 км, считая от деревни Клепиково до д. Романово. Максимальная ширина калийной залежи в центральной части достигает 30 км. Площадь её около 1700 км² .

Шахтное поле рудника подразделения "БКПРУ-4" расположено в пределах Быгельско-Троицкого участка, в 12 км к востоку от г. Березники. Быгельско-Троицкий участок расположен в северной части южной половины месторождения.

В орографическом отношении район расположен в пределах Предуральской увалисто-холмистой равнины, испытавшей очень пологое повышение в направлении с запада на восток. По характеру рельефа, степени его расчлененности и абсолютным высотам в районе выделяется низкая аккумулятивная равнина, захватывающая долину реки Кама и широкие низменные участки долин рек Усолки и Яйвы. Для её рельефа характерны низкие широкие водоразделы с очень пологими, обычно вогнутыми склонами и такие же широкие заболоченные долины рек и ручьев. В пределах низкой равнины развиты мощные аллювиальные и озерно-аллювиальные четвертичные отложения. Абсолютные отметки: наибольшая – 200 м, наименьшая – 100 м. Относительное превышение – 100 м. Восточную часть района занимает возвышенная денудационная равнина. Рельеф ее расчленен густой сетью логов и долинами ручьев и мелких речек.

Склоны долин мелких речек и логов обычно симметричные, выпуклые. Четвертичный покров здесь характеризуется средними мощностями – минимальными на водоразделах, максимальными на склонах.

Через всю площадь с севера на юг протекает река Кама, концентрирующая весь поверхностный сток района. Река Кама судоходна в пределах района на всем протяжении. Широкое развитие имеют болота, приуроченные к понижениям рельефа и в поймах рек.

Климат района континентальный с продолжительной (5 месяцев) холодной зимой и коротким (3-4 месяца) летом. Средняя месячная температура января -16⁰, июля +17⁰. Максимальные межсезонные колебания температур от -50⁰ до +35⁰. Среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм. Ледостав рек происходит в ноябре. Вскрываются реки во второй половине апреля. Продолжительность устойчивого снежного покрова 155-170 дней. Преобладающее направление ветров в зимнее время юго-западное, в летнее – северо-западное.

Большая часть территории покрыта смешанным, преимущественно елово-березовым лесом и разнообразной кустарниковой растительностью. На песчаной почве местами растет сосна.[1]

В геологическом отношении район Верхнекамского месторождения изучен весьма детально в ходе геолого-съемочных, гидрогеологических, инженерно-геологических и геофизических работ, геологоразведочных работ на калийно-магниевые соли, нефть, подземные воды, медь, строительные материалы, многочисленных тематических исследований по стратиграфии, литологии и тектонике, многолетней эксплуатации залежей солей, нефти и подземных вод. Современное состояние геологической и геофизической изученности ВКМКС в основном определяется результатами работ, проведенных в период с конца 70-х по начало 90-х годов.

Геолого-съемочные работы с составлением кондиционных геологических карт проводились на территории ВКМКС в 1977-1980 г.г. и в 1988-1992 г.г.

В 1980 г. геолого-съемочной партией Пермской КГРЭ завершено геологическое доизучение Соликамской впадины масштаба 1:200000.

В 1992 ПГГСП «Геокарта» выполнено геологическое доизучение в масштабе 1:50000, локализованное в основном на территории детально разведанных участков ВКМКС. В результате проведенных работ, включавших маршрутные наблюдения, изучение разрезов по естественным и искусственным обнажениям и в горных выработках, бурение картировочных скважин, геофизические работы (электроразведка ВЭЗ, магниторазведка), гидрогеологические исследования, литогеохимические методы, анализ дистанционных материалов, лабораторные исследования, составлен комплект обязательных и дополнительных карт отчетного масштаба. При этом существенно уточнены представления о стратиграфии кайнозойских и палеозойских отложений, структурно-тектонических особенностях ВКМКС, геоморфологии и неотектонике района.

Большая часть территории Быгельско-Троицкого участка входит в контур геологической съемки масштаба 1:50000. Менее изученной в этом отношении остается северо-восточная часть участка, где геологическая изученность соответствует масштабу 1:200000.

Детальная разведка месторождения проводилась в пределах калийной залежи по сети скважин 1х1 км.

На площади данного района выполнены большие объемы геофизических исследований методами аэромагнитной съемки, электроразведки и сейсморазведки.

За период с 1954 по 1962 года вся площадь была заснята аэромагнитной съемкой масштаба 1:1 000 000, 1:200 000.[2]

2. Геологическая характеристика месторождения

2.1 Стратиграфия и литология соленосных и надсолевых отложений

Соленосные отложения Соликамской впадины приурочены к иренскому горизонту кунгурского яруса нижней перми. Надсолевые терригенно-карбонатные породы относятся к уфимскому ярусу верхнего отдела пермской системы; на рассматриваемой территории они перекрыты только кайнозойскими отложениями.

Пермская система

Нижний отдел

Кунгурский ярус

Филлиповский горизонт

Карнауховская свита (P₁kr)

Филипповский горизонт в осевой части Соликамской впадины представлен ангидритами в переслаивании с известняками и глинами (карнауховская свита). Средняя мощность около 100 м.

Иренский горизонт

Березниковская свита (P₁brz)

В пределах ВКМКС иренскому горизонту кунгурского яруса соответствует соленосная березниковская свита общей мощностью от 150 до 800 м, включающая калийную залежь Верхнекамского месторождения. Она подразделяется на 4 подсвиты.

Нижняя подсвита (P₁brz₁) или глинисто-ангидритовая толща (ГАТ) сложена мергелями, аргиллитами, доломитами, известняками, ангидритами, каменной солью, алевролитами и песчаниками. По всему разрезу отмечаются линзы и пласты каменной соли мощностью до 26 м. Мощность ГАТ достигает 380 м.

Следующие три подсвиты общей мощностью 380-750 м образуют соленосную формацию, сложенную в основном каменной солью с пластами сильвинитов и карналлитов в верхней части разреза. Присутствуют также прослои соленосных глин (галопелитов).

Каменная соль почти полностью слагает вторую и четвертую подсвиты березниковской свиты, а в разрезе третьей подсвиты присутствует в виде прослоев между пластами калийно-магниевых солей. Каменная соль на 90-99% сложена галитом нескольких структурно-генетических разновидностей (перистый темно-серый, перистый светло-серый, зернистый, шпатовый), распределенных послойно или в различных сочетаниях в пределах слоев. В качестве примесей постоянно присутствуют глинистые минералы и ангидрит, реже отмечаются доломит, кальцит, сильвин, гидроокислы железа и другие минералы. Цвет каменной соли обычно серый различных оттенков до белого, иногда желтовато-розовый и бурый.

Наиболее чистыми разновидностями являются шпатовый и зернистый галит, встречающиеся в прослоях мощностью 5-7 см. Содержание NaCl в них обычно превышает 99%.

Сильвиниты сложены в основном сильвином и галитом. Галит, как правило, преобладает. Они присутствуют по всему разрезу продуктивной толщи и представлены несколькими генетическими разновидностями, различающимися окраской, морфологией зерен, химическим составом, характером и количеством микровключений. Основными разновидностями являются красные и пестрые сильвиниты.

Красные сильвиниты имеют слоистую текстуру, выраженную чередованием слойков галита (1-7 см), сильвина (1-10 см) и галопелитов. Сильвин представлен зернами сургучно-красного, темно-красного и розового цвета, изометричными или вытянутыми, размером 0,5-1,5 мм. Галитовые прослои светло-серого и желтовато-серого цвета, иногда с вкрапленностью зерен синего цвета. Красные сильвиниты развиты в нижней части продуктивной толщи (сильвинитовая пачка).

Пестрые сильвиниты сложены зернами-блоками молочно-белого сильвина (1-20 мм), красным микрозернистым сильвином, бесцветным, розовато-серым и синим галитом, содержат незначительное количество глинистого материала и ангидрита. Отмечаются слоистые и массивные разновидности. Пестрые сильвиниты развиты исключительно в верхней части продуктивной толщи (сильвинит-карналлитовая пачка).

Карналлиты (карналлитовые породы) состоят в основном из карналлита и галита. Они залегают в верхней части соленосной формации, где находятся в переслаивании с каменной солью и латеральных соотношениях с пестрыми сильвинитами. В небольших количествах в карналлитах присутствуют сильвин и несоляные минералы (ангидрит, карбонаты, глинистые минералы). Слоистость породы выражена относительно слабо. Цвет карналлитов преимущественно красный различных оттенков, до оранжевого и желтовато-бурого. Структура карналлитов разнозернистая с размерами зерен 1-20 мм.

Галопелиты присутствуют во всех подразделениях соленосной формации в виде тонких прослоев, реже слоев мощностью до первых метров. Они представляют собой пелитоморфную породу серого цвета, сложенную силикатами (хлорит, глинистые минералы, калиевый полевой шпат), карбонатами (кальцит, доломит, магнезит), ангидритом и галитом в переменных соотношениях. В виде примесей присутствуют также органическое вещество (1,5-2%), сульфиды железа, терригенные зерна кварца. Гранулометрический состав галопелитов характеризуется преобладанием фракций мельче 0,01 мм. Все разновидности содержат поровые рассолы с хлоридами магния, кальция, калия и натрия.

Соленосные отложения продуктивной толщи имеют ритмичное строение. Ритмично-слоистая текстура пород обусловлена проявлением годового цикла осадконакопления, в котором выделяются пять прослоев (снизу вверх): глинисто-ангидритовый; прослой крупно-среднезернистого перистого галита; сильвинитовый; прослой тонко- и мелкозернистого галита; один ряд кристаллов галита.

Вторая подсвита (P₁brz₂) или подстилающая каменная соль (ПдКС) имеет мощность от 50 до 515 м (во внутренних частях Соликамской впадины). В пределах Быгельско-Троицкого участка она вскрыта всеми разведочными скважинами на глубинах от 224,3 м до 408,15 м. Средняя глубина залегания кровли ПдКС - 324,6 м.

Подстилающая каменная соль подразделяется на три пачки - нижнюю, среднюю и верхнюю.

Нижняя пачка (мергельно-соляная, или переходная) мощностью 50-75 м представлена чередующимися слоями каменной соли и галопелитов. Количество несоляных слоев колеблется от 1 до 5, их общая мощность составляет от 0,5 до 43 м.

Средняя (мощная соляная) пачка ПдКС мощностью до 360 м сложена относительно однородной каменной солью с маломощными (от 0,05 до 0,5 м) прослоями галопелитов. В кровле пачки выделяется слой галопелитов средней мощностью около 2 м, который служит надежным стратиграфическим репером («маркирующая глина» - МГ). В пределах участка мощность МГ меняется от 0,5 до 3,7 м.

Верхняя пачка (собственно подстилающая соль), завершающая разрез ПдКС, сложена почти исключительно каменной солью с четкой выдержанной слоистостью. Средняя мощность пачки составляет 25,7 м. Средние содержания компонентов составляют (%): KCl – 0,20; NaCl – 95,21; MgCl₂ – 0,18; CaSO₄ – 2,57; Н.О. – 1,54. Отдельные интервалы разреза пачки удовлетворяют требованиям ГОСТ к пищевой поваренной соли.

Третья подсвита березниковской свиты (P₁brz₃) или продуктивная толща объединяет интервалы разреза, содержащие залежи сильвинитовых и карналлитовых руд.

Сильвинитовая пачка («зона» СлЗ), занимающая нижнюю часть продуктивной толщи, представлена четырьмя основными пластами сильвинитов (КрIII, КрII, КрI, А), разделенными прослоями каменной соли. Мощность пачки меняется в пределах 5-21 м, составляя в среднем 15,9 м, что несколько ниже среднего значения по ВКМКС (19,1 м).

Основными типами пород СлЗ являются каменная соль и красные сильвиниты, количественные соотношения и характер переслаивания которых определяют строение разреза пачки. Сильвиниты имеют красную окраску различных оттенков, иногда содержат зерна прозрачного и молочно-белого сильвина.

В целом по пачке главными минералами являются галит (74%) и сильвин (22%), второстепенными – ангидрит (2,1%) и минералы нерастворимого остатка (1,5%).

Сильвинит-карналлитовая пачка («зона» СКЗ) сложена 9 пластами калийно-магниевых солей, индексированных снизу вверх буквами от Б до К. Они разделены прослоями каменной соли, местами содержащими тонкие слойки и вкрапленность хлоридов калия и магния. Мощность пачки меняется в пределах 25,9-74,6 м, составляя в среднем около 44,7 м, что несколько ниже среднего значения по ВКМКС (55 м).

В целом по пачке основными минералами являются галит (68%), карналлит (13%) и сильвин (14%), второстепенными – ангидрит (2%) и минералы нерастворимого остатка (3%).

Общей тенденцией является постепенное увеличение доли карналлита и снижение доли сильвина. Латеральное замещение карналлитовой породы пестрым сильвинитом происходит постепенно, в направлении от нижней части к кровле.

Верхняя подсвита березниковской свиты (P₁brz₄) или покровная каменная соль (ПКС) присутствует на преобладающей площади Верхнекамского месторождения. Непосредственно в пределах Быгельско-Троицкого участка ПКС отсутствует только в разрезе скважины 1026 вследствие тектонического нарушения.

Нормальная мощность покровной каменной соли изменяется в пределах 15-25 м. В пределах Быгельско-Троицкого участка по пересечениям скважин она составляет в среднем 18,3 м, меняясь в пределах 9,4-27,0 м. Отмечается закономерное снижение мощности ПКС на северо-востоке и юго-востоке участка. Химический состав отложений ПКС весьма близок к составу ПдКС. Средние содержания компонентов составляют (%): KCl – 0,10; NaCl – 94,2; MgCl₂ – 0,24; CaSO₄ – 2488; Н.О. – 1;94. От межпластовой каменной соли ПКС отличается более высоким содержанием галита и пониженным содержанием нерастворимого остатка.

Верхний отдел

Уфимский ярус

Соликамский горизонт (Р₂slk)

Нижняя часть соликамского горизонта состоит из соляно-мергельной толщи. Нижняя часть соляно-мергельной толщи, от подошвы до первого от поверхности прослоя каменной соли входит в состав водозащитной толщи Верхнекамского месторождения, а кровля прослоя соли считается кровлей водозащитной толщи. Мощность соляно-мергельного участка, в среднем 109,6 м. Верхняя часть соликамского горизонта - терригенно-карбонатная. Сложена известняками, доломитами, песчаниками. Мощность в среднем по участку 109,6 м.

Шешминский горизонт (Р₂šš)

Отложениями шешминского горизонта заканчивается разрез пермских отложений в соликамской впадине. Мощность горизонта подвержена сильным колебаниям. На поднятиях пестроцветы отсутствуют, а в прогибах достигают значительной мощности около 110,8 м.

Все эти отложения покрыты чехлом рыхлых осадков четвертичного возраста, мощность которых составляет в основном 1-15 м. По происхождению они относятся к озерным, ледниковым, флювиогляциальным, аллювиально-делювиальным разностям. Их мощность может достигать от 65 до 80 м.

Кайнозойская эратема.

В пределах ВКМКС известны континентальные отложения палеогена и неогена, залегающие в локальных впадинах различного происхождения. На западе участка выявлены отложения неогена, связанные с переуглубленным руслом реки Камы.

Четвертичные отложения развиты почти на всей территории и представлены глинами, суглинками, супесями, песками и галечниками различных генетических типов (аллювиальные, элювиально-делювиальные, озерно-болотные, флювиогляциальные, эоловые). Мощность отложений составляет 0,2-30,1 м, в среднем 9.5 м. На западе участка в долине р. Камы она увеличивается до 15-20 м, но максимальных значений (25-30 м) достигает в отдельных изолированных впадинах (скважины 492, 499, 503).

2.2 Структурно-тектонические особенности Быгельско-Троицкого участка

В структурном отношении Быгельско-Троицкий участок ВКМКС приурочен к северной части южного блока Соликамской впадины. В широтном направлении он распространяется от восточного борта Камского прогиба до западного склона Еловского поднятия.

С юга участок непосредственно примыкает к Дуринской депрессионной зоне.

Для данного района, как и Соликамской впадины в целом, характерна вертикальная структурная зональность, обусловленная спецификой складчатых деформаций различных комплексов пород.

Структурный план надсолевого комплекса в пределах Быгельско-Троицкого участка характеризуется сочетанием пологих поднятий и прогибов нескольких порядков. В структурном отношении существенно различаются северная и южная половины участка. Выделяемая на ряде структурно-тектонических схем ВКМКС Северо-Быгельская синклиналь на данном стратиграфическом уровне фактически вырождается в моноклиналь, осложненную отдельными локальными поднятиями и впадинами. В южной части участка выделяются две крупные структуры – Березниковское поднятие и Дурыманская синклиналь, продолжающиеся на юг в пределы смежных участков ВКМКС. Обе эти структуры осложнены сериями брахиформных поднятий и прогибов второго порядка с разноориентированными осями. Примерно по середине участка в широтном направлении прослеживается ось слабо выраженной антиклинали, соединяющей Березниковское и Еловское поднятия. Ее восточный сегмент выделяется под названием Легчимо-Изверского поднятия или Легчимского выступа.

Тектоническая структура соленосного комплекса пород характеризуется сочетанием структурных элементов, общих с надсолевым комплексом (внешние структурные формы) и специфических складчатых структур (внутрисоляная складчатость). Наблюдения в горных выработках показывают, что в промышленных пластах развиты дисгармоничные внутрипластовые и внутрислоевые складки, осевые поверхности которых почти всегда наклонены на запад; имеются также флексуры и опрокинутые складки. О широком распространении внутрисоляной складчатости свидетельствуют также данные по керну разведочных скважин. В пересечениях продуктивной толщи наклон соляных слоев обычно меняется в пределах 0-45º, местами достигая 70-85º. В то же время, угол наклона слоев в керне пород надсолевого комплекса редко превышает 1-2º.

В целом уровень тектонической нарушенности продуктивной толщи значительно выше по сравнению с надсолевым комплексом пород.

Мелкие складчатые структуры существенно влияют на горно-геологические условия отработки промышленных пластов. Внутрипластовая складчатость приводит к изменению первичных мощностей слоев, слагающих промышленные пласты, и тем самым влияет на изменчивость их состава. Межпластовая складчатость сопровождается увеличением вертикальной мощности пластов (и соответственно, высоты камер), особенно на подвернутых западных крыльях антиклиналей. Вместе с тем, отмечается положительное влияние мелкой складчатости на устойчивость кровли выработок.

Развитие складчатых структур всех порядков не приводит, как правило, к образованию разрывных нарушений и трещин. Несмотря на значительный объем наблюдений в горных выработках, до недавнего времени было известно лишь несколько мест разрыва сплошности соляных пород.[2]

2.3 Строение и литологический состав продуктивной толщи

Общая схема литостратиграфического расчленения продуктивной толщи ВКМКС, приведенная на рисунке 1, в полной мере применима к Быгельско-Троицкому участку. Она полностью описывает характер чередования интервалов каменной соли и калийно-магниевых солей, определяющий условия оконтуривания пластов в разрезе продуктивной толщи.

Рис. 1. Схема литостратиграфического расчленения продуктивной толщи ВКМКС. 1 - каменная соль; 2 - карналлитовая порода; 3 - пестрый сильвинит; 4 - красный сильвинит; 5 - полосчатый сильвинит

Ритмичный характер изменения химического состава соленосных отложений по разрезу демонстрирует таблица 1, в которой приведены средние показатели по наземным скважинам, пробуренным в пределах Быгельско-Троицкого участка.

Таблица 1. Средние значения мощности и содержаний компонентов по интервалам продуктивной толщи

В нижней части продуктивной толщи (сильвинитовая пачка) карналлитовые породы отсутствуют, содержание хлористого магния довольно постоянное с тенденцией незначительного возрастания вверх по разрезу. Содержания нерастворимого остатка и сульфата кальция в сильвинитовых пластах изменяются слабо и без видимой закономерности. В междупластиях содержание этих компонентов заметно выше, максимумы их содержаний приходятся на междупластие КрI-КрII. На этом фоне последовательно возрастает содержание хлористого калия в сильвинитовых пластах при практически постоянном его содержании в междупластиях.

В верхней части продуктивной толщи (сильвинит-карналлитовая пачка) среднее содержание хлористого магния в сильвинит-карналлитовых пластах почти монотонно возрастает снизу вверх по разрезу, достигая максимума в пластах З и И. Содержание хлористого калия резко снижается при переходе от пласта Б к пласту Г, далее по разрезу меняется незакономерно в интервале 15-21%. В междупластиях содержания этих компонентов меняются незакономерно, с тенденцией снижения вверх по разрезу.

Продуктивная толща ВКМКС характеризуется также латеральной литологической неоднородностью, которая проявляется в пределах пластов калийных и калийно-магниевых солей и практически не обнаруживается в разделяющих их слоях каменной соли. Основными формами латеральной неоднородности являются зоны распространения каменной соли среди сильвинитов (по всему разрезу продуктивной толщи) и зоны распространения пестрых сильвинитов среди карналлитов (в сильвинит-карналлитовой пачке).

Зоны распространения каменной соли. Во многих разведочных пересечениях те или иные пласты калийных и калийно-магниевых солей в разрезе отсутствуют. Согласно общепринятым представлениям, эта ситуация интерпретируется как «замещение» (фациальное или эпигенетическое) сильвинитов и карналлитов каменной солью, т.е. галитизация. В подавляющем большинстве случаев изменение литологии пластов сводится к выпадению из разреза собственно сильвинитовых прослоев при сохранении текстурно-структурных особенностей прослоев каменной соли и галопелитов.

Суммарная площадь зон галитизации изменяется снизу вверх по пластам следующим образом (км²): КрIIIа-б – 39,0, КрII – 11,0, КрI – 4,1, АБ – 3,2, В – 0,9. Частичное замещение с некондиционными по мощности или качеству участками отмечается в основном для наиболее сложных по строению пластов КрIII и КрII.

Зоны распространения пестрых сильвинитов. Формирование пестрых сильвинитов большинством исследователей ВКМКС объясняется преобразованием первично отложившихся карналлитов с выносом из породы хлористого магния и кристаллизационной воды. С этим согласуются такие закономерности, как исключительная приуроченность пестрых сильвинитов к сильвинит-карналлитовой пачке, пониженная мощность сильвинитовых пластов по сравнению с карналлитовыми того же стратиграфического положения, более высокое содержание в пестрых сильвинитах нерастворимого остатка и сульфата кальция.

В качестве общей закономерности отмечается, что доля сильвинитов в пределах ВКМКС в целом увеличивается с запада на восток, но на более локальном уровне (в пределах отдельных участков и в разных пластах) эта закономерность проявляется по-разному. В частности, в рассматриваемой части месторождения пласт Б в основном сложен пестрыми сильвинитами, а карналлитовые и сильвин-карналлитовые породы распространены в виде отдельных «островов» в западной части Быгельско-Троицкого участка. Пласт В полностью сложен сильвинитами в восточной части участка, а на западе преобладают карналлитовые и сильвин-карналлитовые породы.

Распределение зон сильвинитизации в основном контролирует размещение технологических типов солей и закономерности изменения содержаний основных компонентов химического состава – хлоридов калия, магния и натрия.[2]

2.4 Элементы-примеси солей

С момента открытия Верхнекамского месторождения солей было известно, что его руды содержат элементы-примеси и, главным образом галогениды (Br, I). Вслед за установлением присутствия в солях Rb, Cz, Tl, Li и других щелочных и щелочноземельных рассеянных элементов были обнаружены тяжелые и благородные металлы.

Таблица 2. Средние содержания некоторых элементов-примесей в породах соляной толщи Верхнекамского месторождения, г/т

1 – жирным шрифтом выделены содержания, превышающие кларк земной коры;

Бор (B) в повышенных содержаниях обнаружен в каменной соли (20 г/т) и соленосных глинах (155 г/т). Этот элемент обычно связан с Н.О. солей. Часть бора находится в виде собственного минерала, относящегося к классу силикатов, а часть – в качестве изоморфных примесей в других минералах Н.О.

Бром (Br) является главным компонентом элементов-примесей. Коэффициент концентрации его в соляных породах колеблется от 167 (каменная соль) до 570 (карналлитовая порода). Бром входит в хлоридные минералы, изоморфно замещая ионы хлора.

Йод (I). Содержание йода в пестром сильвините колеблется от 3 до 27 г/т, что дает коэффициент концентрации порядка 6-54. Йод, подобно брому (оба являются галогенами), замещает ион хлора в минералах солей.

Рубидий (Rb) не образует собственных минералов: он изоморфно замещает калий и поэтому концентрируется в калийсодержащих минералах.

Тяжелые металлы включают ряд токсичных элементов, содержание которых в веществах обычно выражается как “микропримесь”. Элементы-примеси: Hg, Cd, Pb, Cu, Zn, Ni, Co. К токсичным элементам-примесям пищевой соли относятся Fe, Pb, Cu, Cd, As, Hg, Zn. С позиции охраны окружающей среды, перечень тяжелых металлов калийных руд несколько иной и включает Ba, Fe, Mn, V, Ti, Ni, Zn и Cu.

Благородные металлы (Au, Ag, Pt, Pd, In). Все породы Верхнекамского месторождения содержат благородные металлы. Основными их формами нахождения являются: для золота – карбонилгалогениды, хлориды, сложные органические соединения, самородное; для Pt-металлов – сложные органические соединения и, в меньшей степени, хлориды; для серебра – сульфосоли, хлориды и, возможно, самородное.

Таблица 3. Содержание благородных металлов в исследованных пробах сильвинита плата Кр. II, г/т

Из таблицы 3 следует, что: благородные металлы локализованы в Н.О.; компоненты сильвина слоя 3 богаче золотом, а слоя 1 – серебром и Pt-металлами.[1]

3. Геолого-экономическая оценка месторождения

3.1 Промышленные сорта руд, их запасы и состав

Таблица 4. Отрабатываемые пласты на 2010 год

На Быгельско-Троицком участке, в настоящее время, ведется отработка двух пластов калийной соли, представленных в таблице 4. Оба этих пласта входят в состав сильвинитовой зоны. Как видно из таблицы и проведенным на предприятии лабораторным анализам, пласт Кр.II более богат содержанием хлористым калием, чем пласт АБ. Четные слои пласта Кр.II более богаты КCl, чем нечетные. Выше пласта АБ отработка не ведется, из-за опасности возникновения газодинамических явлений и рассолопроявлений.

Ежегодно на БКПРУ-4 – на Быгельско-Троицком участке – производится 14,5 млн. т хлористого калия. Запасы БКПРУ-4 более 1,8 миллиарда тонн.[3]

3.2 Способ и система разработки, потери и разубоживание руды при добыче

месторождение стратиграфия тектонический руда

Быгельско-Троицкий участок разрабатывается подземным шахтным способом. Шахтное поле рудника вскрыто четырьмя стволами расположенными в центре шахтного поля: первый и третий ствол – воздуходающие, второй – нейтральный, четвертый – вентиляционный.

Система разработки Быгельско-Троицкого участка панельно-блоковая. Штреки проходят по ПдКС, Кр.II и АБ соосно. Всего на БКПРУ-4 пройдено 18 панелей.

Способ отбойки руды на БКПРУ-4 механический с использованием комбайновых комплексов. На сегодняшний день используются следующие комбайны:

– Урал 10-2: ширина комбайна 4,3 м, высота 2,1 м – 20 т руды с погонного метра;

– Урал 20А: ширина комбайна 5,3 м, ширина 3,1 м – 30 т руды с погонного метра;

– Урал 20Р: ширина комбайна 5,3 м, ширина 3,1 м – 30 т руды с погонного метра.

На предприятии ОАО «Уралкалий» для сильвинитовой руды установлены следующие кондиции: содержание KCl должно быть не менее 22%; мощность пласта должна быть не менее 2 м – поэтому пласт Кр.I является некондиционным и забалансовым; нерастворимого остатка должно быть не более 6%.

Каждое предприятие при разработке месторождения несет потери. В частности на данном предприятии часто калийная соль выбрасывается вместе с отходами в хвосты. Тем самым предприятие и несет потери полезного компонента.

Обогатительные фабрики настроены на переработку руды с содержанием хлористого калия примерно 30%. Как видно по таблице 4 содержание КCl в разрабатываемых пластах выше 30%, поэтому для обогатительной фабрики сильвинитовую породу необходимо разубоживать. Процесс разубоживания заключается в смешивании калийной соли с каменной.

3.3 Технология обогащения, показатели обогатимости руд

Рис. 2. Производственная цепочка

На БКПРУ-4 используется галургическая и флотационная технология обогащения калийных руд.

Метод галургии основан на использовании различной растворимости хлоридов калия и натрия. С повышением температуры растворимость КСl резко возрастает, a NaCI меняется незначительно. При совместном присутствии обеих солей растворимость хлорида натрия с ростом температуры падает, а KCl - сильно возрастает. На этих различиях и построены галургические операции разделения. При получении хлорида калия сильвинит при повышенной температуре обрабатывают насыщенным на холоду раствором обеих солей. При этом раствор обогащается КСl, а часть NaCl переходит в осадок и отделяется фильтрованием. Затем раствор охлаждают; при этом из него выделяются кристаллы КСl, которые отделяют от маточного раствора и высушивают. Маточный раствор снова направляют на растворение сильвинита. Получаемый таким способом технический продукт содержит 52—60% K₂O.[3]

Рис. 3. Принципиальная схема переработки сильвинита галургическим методом.[4]

Метод флотации основан на использовании различной смачиваемости водой минералов сильвина и галита. Флотацию с применением в качестве флотореагентов октадециламина, карбоновых кислот ведут из насыщенных растворов сырых калийных солей. Хлорид калия, получаемый флотационным разделением сильвинита, имеет гораздо более крупную кристаллическую структуру, чем полученный кристаллизацией, поэтому он меньше слеживается.[3]

Рис. 4. Принципиальная схема получения хлористого калия флотационным способом.[4]

3.4 Подсчеты запасов калийной руды

Геологические запасы месторождения огромны и оцениваются по карналлитовой породе в 96,4 млрд. т, по сильвинитам - 113,2 млрд. т, по каменной соли 4,65 трлн. т. На месторождении детально разведаны одиннадцать участков общей площадью 1055 км². Государственным балансом запасов учитываются (по состоянию на 01.01.2006 г.) сильвиниты (категорий А+В+С₁ 14,1 млрд. т, категории С₂ 39,7 млрд. т), карналлитовая порода (категорий А+В+С₁ 14,1 млрд. т, категории С₂ 70,2 млрд. т), каменная соль (категорий А+В+С₁ 17,1 млрд. т,), смешанные соли, бром и рубидий. На месторождении ведется добыча сильвинитов и хлорнатриевых рассолов. Промышленными горизонтами на сильвинитовые руды являются пласты КрII и АБ сильвинитового состава. Вредными примесями в сильвинитах являются MgCl₂ и нерастворимый в воде остаток. Горно-геологические условия отработки пластов сложные (интенсивная внутрисоляная складчатость, малая устойчивость кровли выработок, наличие зон замещения руд каменной солью, газодинамические явления). Объем добычи сильвинита за первое полугодие 2006 г. составил 17,6 млн. т.[3]

4. Генетический и геолого-промышленный тип месторождения

Таблица 5. Промышленные типы ископаемых месторождений минеральных солей[4]

Таблица 6. Масштабы месторождений основных видов ископаемых солей по запасам, млн.т.[4]

Месторождения твердых солей являются осадочными образованиями, возникшими из истинных растворов в особых солеродных бассейнах с ограниченным доступом минерализованных вод, в аридных климатических условиях, обеспечивающих постоянную высокую концентрацию и их выпадения в осадок.

По способу и времени отложения, а также форме нахождения солей различаются месторождения современные внутриконтинентальные озерные и прибрежно-морские, ископаемые (древние), рассолов и соляных источников.

Верхнекамское месторождение калийных солей относится к ископаемым (древним) месторождениям.

Древние солеродные бассейны были преимущественно мелководными. Время накопления соляной толщи Верхнекамского соленосного бассейна (800 – 1000 м) составило 12 – 17 тыс. лет.

Соли накапливались в обширных впадинах с большой скоростью погружения, увеличивающейся к заключительным этапам отложения осадков. Прогибание дна солеродного бассейна происходило ритмично, ускорение погружения сопровождалось кристаллизацией солей, а замедление – образованием гипса, ангидрита и карбонатно-терригенных илов. При глубинах погружения более 2000 м формировались мощные толщи каменной и калийных солей, при меньших погружениях и по окраинам бассейнов отлагались гипс-ангидритовые и ангидрит-доломитовые слои.

На начальных стадиях галогенеза образовывались доломит-гипс-ангидритовые породы, затем преимущественно каменная соль и завершается процесс формированием калийно-магниевых солей. Калийные соли имеют ограниченное распространение в галогенных формациях, так как они выпадают в твердый осадок при концентрации рапы от 32 до 40 %.

Такие высокие концентрации возникают на заключительных стадиях выпаривания морских рассолов (эвтоника), и поэтому калийные соли завершают разрезы отдельных циклов галогенеза или всей галогенной формации в целом.

По химическому составу Верхнекамское месторождение относится к хлоридному (бессульфатному) типу, образование которого связано с явлениями метаморфизации морских вод.

По особенностям тектонической структуры и условиям залегания соляных пород выделяют три основных типа месторождений солей: 1) пластовые недислоцированные со спокойным моноклинальным или мульдообразным залеганием пластов; 2) пластовые дислоцированные, складчатые, иногда чешуйчато-блоковые; 3) солянокупольные.

Для месторождений первых двух типов характерны слоистое внутреннее строение, пластовая и линзовидная форма залежей. В связи с высокой пластичностью солей внутренняя структура пластов и куполов чрезвычайно сложна. Внутрипластовые структуры представлены дисгармоничными асимметричными или коробчатыми складками течения со сжатыми крутыми, часто изоклинальными крыльями. Жесткие гипс-ангидритовые прослои в соляных залежах часто раздроблены, разделяют и ограничивают горизонты (слои) развития микроскладок.[5]

5. Геоэкологическая оценка состояния Верхнекамского месторождения солей

Аварии на рудниках и многочисленные сейсмические явления дают основание считать, что техногенные воздействия переходят в наступательную, прогрессивную стадию. Их влияние приобретает комплексный характер, охватывая все компоненты природной среды – недра, атмосферу и поверхностные воды. рельеф, почвенно-растительный покров, атмосферу и т.д.

Источниками воздействия на геологическую среду являются технологические процессы любого производства, в которых осуществляется обмен с ней веществом и энергией. К технологическим процессам, приводящим к нарушениям геоэкологической ситуации, можно отнести:

- устройство промплощадок под буровые и другие геологоразведочные работы, строительство дорог, коммуникаций промышленного и коммунального назначения, зданий и сооружений промышленных предприятий;

- проходка подготовительных и очистных выработок;

- строительство и эксплуатация шламохранилищ и солеотвалов;

- засыпка естественных углублений рельефа;

- закладка выработанного пространства отходами горного производства;

- оврагообразование при сбросе промышленных вод;

- жилищное строительство.

Для выявления уровня активности нарушения геологической среды необходимо весь технологический процесс рассматривать как состоящий из отдельных операций, например, технология добычи калийной соли включает следующие операции: ее отбивку и погрузку, транспортировку, управление горным давлением и т.д.

Основные характеристики нарушений геологической среды следующие:

- длина и площадь фронта горных работ;

- глубина работ от поверхности;

- мощность извлекаемых соляных пластов и вмещающих пород;

- мощность обрушающихся при подземных горных пород, высота сводов обрушений, параметры зон сдвижения пород под очистными и подготовительными выработками;

- объемы извлекаемых вмещающих пород и полезных ископаемых;

- объемы соли в солеотвалах и рассолов в шламохранилищах;

- объем засоления подземных и поверхностных вод.

На территории месторождения более 50 млн. м³ загрязненных сточных вод ежегодно сбрасываются в р. Кама. Общий валовой сброс загрязняющих веществ составляет более 900 млн. т ежегодно.

Деятельность промышленных предприятий привела к разрушительному воздействию на ландшафты региона. Под свалки, солеотвалы, шламохранилища занято 2000 га лесных и сельскохозяйственных угодий. Под воздействием выбросов предприятий произошло загрязнение почв.

Самым мощным источником загрязнения подземных вод расположенное на берегу Камского водохранилища в пригороде Березников так называемое «Белое море» - шламонакопители щелочных стоков двух содовых заводов и кислых стоков с Березниковского титано-магниевого комбината и Березниковского химического завода.

За период эксплуатации месторождения калийных солей (с 1932г.) в недрах образовались значительные пустоты. На поверхности скопилось более 300 млн. т отходов в виде солеотвалов. В пределах месторождения из надсолевых водоносных горизонтов ежесуточно откачивается 150-200 тыс. м³ подземных вод, а из подсолевых отложений добывается ежегодно более 2 млн.тонн нефти. В результате города Березники и Соликамск с населением более 300 тысяч человек оказались на подработанной территории, на которой сейсмические явления.

При эксплуатации месторождения проявляется большое количество инженерно-геологических процессов, отрицательно влияющих как на безопасность ведения горных работ, так и на безопасность жизнедеятельность населения. К ним относятся: деформации земной поверхности, газопроявления, карстообразования, обрушение горных пород, трещино- и заколообразования, зоны замещения и рассолопроявления. Наибольшею опасность вызывают деформации земной поверхности и газопроявленияв соленых породах, которые нарушают устойчивость горного массива и оказывают значительное влияние на безопасность отработки. В связи с этим, изучение их особенностей и закономерностей является одной из важнейших задач обеспечения эффективной эксплуатации Верхнекамского месторождения калийных солей.[6]

6. Проектная часть

Исходные данные:

Пластовое тело калийных солей залегает на глубине 290м среди осадочных пород. Залежь на поверхность не выходит. Вскрыта вертикальными скважинами колонкового бурения. План разведочных скважин предоставлен на рис. 1. Расстояние между разведочными скважинами составляет 2000м.

Данные опробования выработок приведены в таблице 1.

В северной части залежь выклинивается.

Кондиции для руд:

1) минимальная промышленная мощность пласта – 1,5м;

2) минимальное промышленное содержании – 25%;

Объемная плотность: карбонатных руд – 2

Требуется:

1. Оконтурить площадь развития продуктивного пласта, выполнить блокировку балансовых запасов.

2. Подсчитать запасы балансовых и забалансовых руд.

3. Наметить проектное расположение выработок, необходимых для доизучения участка (если они требуются).

Подсчет запасов балансовых руд

Список используемой литературы

1. Кудряшов А.И. «Верхнекамское месторождение солей», 2001 г.

2. ОАО «Уралкалий» Геология Быгельско-Троицкого участка.

3. http://www.uralkali.com/upload/folder/UralKaliy_godovoy_otchet_2009_ru.pdf

4. Методические рекомендации по применению классификации запасов к месторождениям ископаемых солей, М., 2005 г.

5. Карякин А.Е., Строна П.А. «Промышленные типы неметаллических полезных ископаемых», М.: «Недра», 1985 г.

6. В.В. Белкин «Мониторинг геологической среды верхнекамского соленосного бассейна», 2006 г.