Мінералого-петрографічні фактори тріщиноутворення в залізистих кварцитах докембрію (на прикладі родовищ Криворізького рудного району: Інгулецького, Скелеватського, Першотравневого)

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ТА МІНІСТЕРСТВО НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ НАУКОВИЙ ЦЕНТР РАДІОГЕОХІМІЇ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

УДК 551.252:549]:622.354.6''611'' (477.63)(043.3)

МІНЕРАЛОГО-ПЕТРОГРАФІЧНІ ФАКТОРИ ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ В ЗАЛІЗИСТИХ КВАРЦИТАХ ДОКЕМБРІЮ (на прикладі родовищ Криворізького рудного району: Інгулецького, Скелеватського, Першотравневого)

- геологія металевих і неметалевих корисних копалин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук

Петрусенко Ірина Юріївна

Київ 2000



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Державному науково-дослідному гірничорудному інституті Комітету промислової політики Міністерства економіки України.

Науковий керівник:

кандидат геолого-мінералогічних наук, старший науковий співробітник, Плотников Олександр Володимирович Державний науково-дослідний гірничо-рудний інститут, завідуючий лабораторією.

Офіційні опоненти:

доктор геолого-мінералогічних наук, старший науковий співробітник Ярощук Марина Олексіївна Державний науковий центр радіогеохімії навколишнього середовища, завідуюча відділом;

доктор геолого-мінералогічних наук, Каталенець Анатолій Іванович Криворізький технічний університет, професор.

Провідна установа:

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, м.Київ.

Захист відбудеться 25 квітня 2000 р. о 14 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.192.02 в Державному науковому центрі радіогеохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України за адресою 03680 Київ, Палладіна, 34.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інстититу геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (03680 Київ, Палладіна, 34).

Автореферат розісланий 23 березня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Занкевич Б.О.

залізистий кварцит тріщинуватість топомінералогічний



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Криворізький басейн є районом розвитку найкрупніших залізорудних родовищ України. Незважаючи на більш як віковий період розробки цих родовищ деякі питання його геологічної будови залишаються дискусійними. Крім того в нових економічних умовах при постійній зміні гірничо-геологічного стану, пов'язаного з розробкою родовищ, виникають нові питання, які потребують негайного вирішення. Одним з таких актуальних і диcкусійних питань є тріщиноутворення. Актуальність цієї проблеми визначається впливом тріщино-розломної тектоніки на гірничо-геологічні умови розробки родовищ залізистих кварцитів: вибухову відбійку гірських порід гарячевиливними вибуховими речовинами, стійкість уступів кар'єрів, ступінь та ефективність подрібнення кварцитів на збагачувальних фабриках та інші.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною тематичного плану Науково-дослідного гірничорудного інституту і програми розвитку гірничометалургійного комплексу Міністерства Промислової Політики Укріїни.

Мета і задачі дослідження зводяться до встановлення мінералогічних факторів, які визначають розвиток тріщин та розривів в межах родовищ залізистих кварцитів і виявлення їхнього впливу на гірничо-геологічні умови розробки родовищ.

Досягненню мети сприяло вирішення наступних завдань:

1) детальне вивчення кристаломорфологічних і типохімічних властивостей мінералів, які сприяють утворенню тріщинуватості в залізисто-кременистих формаціях;

2) топомінералогічне картування родовищ залізистих кварцитів;

3) встановлення взаємозв'язку між мінеральним складом гірських порід родовищ залізистих кварцитів і ступенем іх тріщинуватості;

4) встановлення взаємозв'язку між хімічним складом гірських порід родовищ залізистих кварцитів і ступенем іх тріщинуватості;

5) систематика тріщин та розривних порушень в межах родовищ залізистих кварцитів з встановленням їх просторових та вікових взаємовідношень;

6) реконструкція параметрів різновікових полів тектонічних напружень, які відображають етапи тріщино- та мінералоутворення на родовищах докембрійських залізистих кварцитів;

7) оцінка тріщинуватості та її впливу на гірничо-геологічні умови розробки родовищ залізистих кварцитів на основі томпомінералогічного картування.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

а) виявленні мінералогічних і фізико-хімічних факторів, які впливають на розвиток тріщино-розломної тектоніки родовищ залізистих кварцитів;

б) встановленні кількісних показників взаємозв'язку між мінеральним складом порід залізисто-кременистих формацій і іх тріщинуватістю;

в) встановленні взаємозв'язку між морфологією індивідів і агрегатів мінералів і ступенем тріщинуватості залізистих кварцитів;

г) розробці мінералогічних критеріїв прогнозування тріщинуватості порід.

Практичне значення одержаних результатів наукових розробок досліджень полягає в застосуванні геолого-структурних карт тріщинуватості, а також погоризонтних планів і розрізів геологічною службою Інгулецького і Південого гірничозбагачувальних комбінатів. Результати досліджень впроваджені на Інгулецькому гірничозбагачувальному комбінаті, що підтверджується відповідними документами (актом впровадження і справкою використання результатів дисертаційної роботи).

Особистий внесок. В основу роботи покладені матеріали, зібрані автором при проведенні інструментального топомінералогічного і геолого-структурного картування родовищ залізистих кварцитів Кривороізького рудного району із застосуванням методів польової тектонофізики, а також петрографічних, кристаломорфологічних і математичних методів досліджень.

Інструментальне топомінералогічне і геолого-структурне картування виконувалось автором на протязі п'яти років у складі лабораторії структурної геології і картування родовищ Науково-дослідного гірничорудного інституту. Об'єм робіт по інструментальному топомінералогічному і геолого-структурному картуванню склав понад 52 км геологічних маршрутів, 9650 замірів параметрів тріщин і розривів і 560 замірів оптичних осей мінералів .

Тектонофізичні дослідження охоплювали всі вікові комплекси і дільниці з різними типами структур родовищ залізистих кварцитів. В межах ділянок виконувались реконструкції полів напружень. Вихідними даними були результати польового вивчення дзеркал ковзання, тріщинуватості, площин кліважу, верствуватості, мікроструктурних орієнтувань мінералів.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідались на регіональній науковій конференції “Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления” (Кривий Ріг, 1996), Міжнародній науковій конференції “Проблемы гидрогеомеханики в горном деле и строительстве” (Київ, 1996), Технічній Раді Інгулецького гірничозбагачувального комбінату (м. Кривий Ріг, 1996, 1997), розширеному засіданні технічних рад Концерну “Укррудпром”, “Кривбасвибухпром” та гірничовидобувних підприємств України (Кривий Ріг, 1997), Міжнародній науково-практичній корференції “Прогнозирование и поиски коренных алмазных месторождений” (Симферополь, 1999).

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи знайшли своє відображення в 1 монографії, 2 статтях у наукових журналах, 5 збірниках наукових праць, 2 матеріалах наукових конференцій, 2 депонованих статтях.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів і висновків, викладених на 190 сторінках машинописного тексту, який супроводжується 72 рисунками, 12 таблицями, список використаної літератури включає 117 назв.

За допомогу і постійну підтримку, яка сприяла виконанню роботи, автор висловлює щиру подяку колегам з Науково-дослідного гірничорудного інституту канд. геол.-мін. наук Ю.Л. Ахкозову, канд. геол.-мін. наук О.Ю. Грицай, а також головному геологу Концерну “Укррудпром” О.Б.Кузьменко, начальнику відділу координації управління гірничорудної промисловості Мінпромполітики України Г.Т.Євпаку, проф. Криворізького технічного університету докт. геол-мін. наук В.Д. Євтєхову, докт. геол наук І.С. Паранько, докт. геол.-мін. наук А.І. Каталенцю. За конструктивні зауваження, які поліпшили структуру дисертації, автор дуже вдячний вед. наук. співр. ДНЦ РНС НАН України, докт.геол.-мін. наук Б.О.Занкевичу.

Особливу подяку висловлюю науковому керівнику канд. геол.-мін наук О.В. Плотникову за постійну увагу і допомогу в роботі.



ЗМІСТ РОБОТИ

СТАН ПРОБЛЕМИ. ПОСТАНОВКА ЗАВДАНЬ ДОСЛІДЖЕНЬ

Питанню виникнення і розвитку тріщинуватості присвячено велику кількість робіт як закордоних, так і українських вчених. Існує два основних напрямки в підході до умов утворення тріщин. Представники першого напрямку вивчають механіко-математичну сторону проблеми. Завдяки розвитку цього напрямку в геології довгий час поверхні тріщин розглядалися як продовжні площини, які утворюються за законами деформації твердого тіла (Г. Сорбі, Г. Беккер, Б. Зандер, А.П. Пек, Х. Клоос, Г. Д. Ажгірей та інш.).

В основі другого напрямку лежить фізико-хімічне вивчення умов утворення порід. Основоположниками цього напрямку є В.Гольдшміт і П. Ескола. Фізико-хімічний напрямок в тріщиноутворенні знайшов своє відображення в роботах Т. Барта, Д.С. Коржинського, Г. Рамберга, А.А. Маракушева, Ф. Тернера. та інш. Фізико-хімічні умови виникнення тріщин вивчаються вже понад 200 років. Ще в середині минулого століття Дж. Гершель і Дж. Роджерс прийшли до висновку, що кліваж і тріщинуватість можуть бути наслідком міжмолекулярного і молекулярного руху компонентів гірських порід в одному напрямку. Е. Леман в 1884 р. пояснював виникнення тріщинуватості внаслідок подальшого розвитку кристалізаційної сланцюватості. Ця ідея отримала розвиток в роботах Ф. Бекке, який пояснював виникнення тріщинуватості внаслідок перекристалізації мінералів під дією орієнтованого тиску в узгодженні з принципом Рікке. У 1931 р. А.А. Полканов в роботі “Метаморфизм горных пород” розглянув процес виникнення тріщинуватості при утворенні смугастих мілонітів. За його даними процес розвитку тріщин при утворенні слюдистих сланців з гранітів супроводжується зменшенням вмісту , СаО, при цьому збільшується кількість (виникають слюдисті мінерали залізо-магнезіальних компонентів, . Таким чином дані А.А. Полканова свідчать про те, що процес виникнення тріщинуватості не є ізохімічним. В 1932 р. Харкером була висунута концепція про стресові і антистресові мінерали. Згідно з останньою концепцією стресові мінерали (біотит, хлоритоїд, силіманіт та інш.) утворюються в умовах орієнтованого тиску, а антистресові (кордієрит, ставроліт, андалузит та інш.) в цих умовах практично не зустрічаються. Стресові мінерали представлені здебільшого листовими і ланцюговими силікатами. Крім того, для них є типовим зменшені, в порівнянні з розрахунковими, молекулярні об'єми, в той час, як у антистресових - навпаки.

У 1939 р. П. Єскола виступив проти концепції про стресові і антистресові мінерали. Згідно з уявленням Д.С. Коржинського і В.С. Соболєва, орієнтований тиск також не можна вважати самостійним фактором метаморфізму. В остані роки стресові мінерали виявлені в природі і в умовах відсутності орієнтованого тиску. Проте того, вони були синтезовані штучним шляхом також без орієнтованого тиску, що свідчить на значну умовність розділення мінералів на стресові і антистресові. Вплив мінерального складу гірських порід і водних розчинів на тріщиноутворення був висвітлений Т. Бартом в роботі “Теоретическая петрология”.

В Україні фундатором вивчення тріщиноутворення є В.Г. Бондарчук. В роботі, присвяченій метаморфізму Українського щита (В.Г. Бондарчук, 1959), він висловив думку про виникнення тріщинуватості внаслідок метаморфогенних процесів. Найбільш детально проблема тріщиноутворення в залізисто-кременистих формациях Українського щита висвітлена в роботах Г.В. Тохтуєва який пояснював розвиток тріщин і розломів фізико-механічними властивостями гірських порід. Продовженням ідей Г.В.Тохтуєва явились роботи Б.А.Занкевича, в яких удосконалюється фізико-механічний напрямок в тріщиноутворенні порід залізисто-кременистих формацій. Фізико-хімічний напрямок тріщиноутворення простежується в роботах Я.М.Бєлєвцева, Р.Я.Бєлєвцева, М.О.Ярощук.

В теперішній час в рудниковій геології проблема тріщиноутворення взагалі і проблема прогнозування тріщинуватості зокрема набувають важливого значення Це пов'язане, в першу чергу, з поглибленням кар'єрів і шахт і виникненням у зв'язку з цим проблем стійкості гірничих виробок та їх гідрогеологічним режимом. Крім того, відсутність на Україні бази з виробництва гранульованих вибухових речовин змушує гірничовидобувні підприємства переходити на вибухову відбійку гірських порід рідкими (гарячевиливними, водоемульсійними, водогелієвими та інш.) вибуховими речовинами, які поглинаються в зонах тріщинуватості. В зв'язку з цим дослідження мінералогічних та фізико-хімічних факторів тріщиноутворення і прогнозування тріщинуватості допоможе вирішити проблеми гірничовидобувних підприємств України.

ГЕОЛОГО-СТРУКТУРНА ПОЗИЦІЯ РАЙОНУ ТА ТЕКТОНІЧНІ ОБСТАНОВКИ ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ.

Криворізький рудний район знаходиться в центральній частині Українського щита. В його межах розташовані найкрупніші залізорудні родовища, вигідне географічне і економічне положення яких дозволяє вважати їх основною залізорудною базою України. Район складений метаморфизованими вулканогенно-осадовими породами нижнього протерозою (криворізька серія), які простягаються в субмеридіональному напрямку у вигляді вузької смуги, що “затиснута” між гранітоїдами архейського віку. Відклади криворізької серії залягають на архейських гранітоїдах і за літологічним складом поділяються на п'ять світ знизу догори: новокpивоpізьку, яка складена метавулканогенними утвореннями (амфіболіти з рідкими проверстками метаосадочних порід); скелеватську, складену метаморфізованими теригенними (кварцові метаконгломерати, метагравеліти, метапісковики; сланці біотитові, серицит-біотитові, кварц-біотитові) та вулканогенними (талькові, серпентин-талькові і тальк-карбонатні сланці) породами; саксаганську, складену чергуванням залізистих (магнетитові, магнетит-мартитові, карбонат-магнетитові, хлорит- і амфібол-магнетитові кварцити) та сланцевих (біотитові, серицит-біотитові, графіт-біотитові, хлоритові, амфібол-хлоритові сланці) горизонтів; гданцевську, складену метапісковиками, метаконгломератами, кварцитами, кварц-слюдистими, кварц-хлоритовими, графітитовими сланцями, доломітовими і доломітизованими мармурами; глеєватську, складену поліміктовими метаконгломератами, метапісковиками, що чергуються з кварц-біотитовими сланцями.

Загальна структура Криворізького рудного району багатьма дослідниками розглядається як синклінорій (Я.Н. Бєлєвцев та інш., 1956), східне крило якого складене Саксаганською синкліналлю і Саксаганською антикліналлю, розділених одноіменним розломом. Західне крило синклінорія складене Тарапако-Лихманівською антикліналлю і Лихманівською синкліналлю. Центральна осьова частина синклінорія виділяється як Основна синкліналь. Остання в осьовій частині ускладнена Інгулецькою антикліналлю і ділиться нею на Західно-Інгулецьку і Східно-Інгулецьку синкліналі.

В останні роки поширилось уявлення про загальну моноклінальну структуру Криворізького рудного району (М.І. Черновський, 1989 та інш.). Основою такої трактовки є дані глибокого буріння, проходка Криворізької надглибокої свердловини, а також інтерпретація геофізичних даних (МВХ). При цьому замок Основної синкліналі разом з Тарапако-Лихманівською антикліналлю розглядаються як складна зона зім'яття флексурної форми на фоні загального моноклінального залягання.

Структуроутворення Криворізького рудного району різними дослідниками розглядається по-різному. Згідно з одними уявленнями (Г.І. Каляєв, Є.Б.Глеваський, 1988) район розглядається як внутрішня зона крайового прогину, що знаходиться у західній частині Придніпровського мегаблока. Згідно з іншими даними Криворізький рудний район разом з Західно-Інгулецькою смугою є частиною перикратонного басейну, що відповідає пасивній континентальній окраїні фрагменту епіархейського мікроконтиненту Придніпровського мегаблока (Є.Б.Глеваський 1989). Існує також модель структуроутворення Криворізького рудного району як зони субдукції, вздовж якої відбувалось занурювання океанічної кори Придніпровського літосферного блока під Кіровоградський мікроконтинент (В.В. Решетняк, 1989 ). Деякі дослідники розглядають розвиток Криворізького рудного району як рифтогенної структури (І.С. Паранько, 1997).

Значна роль в структуроутворенні району належить Криворізько-Кременчуцькому глибиному розлому, який визначив розвиток розривів, складок, потужностей і фацій стратиграфічних одиниць, метаморфічну зональність, просторовий розвиток рудних полів і родовищ (О.В. Плотников, 1995).

Дослідження властивостей основних породоутворюючих мінералів залізистих кварцитів у зв'язку з тріщиноутворенням

В результаті вивчення властивостей основних породоутворюючих мінералів родовищ залізистих кварцитів виявлено, що тріщинуватість порід залежить від таких властивостей мінералів, як морфологія, анатомія, характер зрощень, наявність і об'ємний відсоток включень, щільність тощо.

В магнетитових відмінах кварцитів найбільший ступінь тріщинуватості спостерігається там, де магнетит має блокову, чи мозаїчно-блокову структуру. Тут утворюються дисперсні зони блокування, що зумовлюють неоднорідність індивідів і агрегатів магнетиту по фізико-механічним властивостям, насамперед неоднорідність по міцності.

Тріщинуватість магнетитових відмін кварцитів знижується при збільшенні в породах епітаксичних типів зрощень магнетиту, а також зрощень магнетиту з кумінгтонітом.

Вплив гранулометричного складу магнетиту і кількості мікровключень проявляється в зниженні тріщинуватості при наявності в неокислених кварцитах тонкорозпиленого мікрокристалічного магнетиту з індивідами 0.003-0.02 мм, або ж при значній кількості мікровключень тієї ж розмірності в магнетитових зростках. Такі структурні особливості характерні для практично нетріщинуватих кварцитів. Навпаки, для тріщинуватих відмін типовими є крупні магнетитові зростання розміром десяті долі міліметра, які позбавлені мікровключень інших мінералів. Кварцитам з проміжною тріщинуватістю властиві обидві з зазначених структурних особливостей або ж зростання магнетиту з іншими мінералами з крупністю зерен та зростків 0,06-0,1 мм.

За впливом на тріщиноутворення типи зрощень магнетиту з іншими мінералами утворюють наступний ряд:

рудна запиленість зерниста вкрапленість крупнозерниста поліедрічна вкрапленість крупнозерниста поліедрічна гілчаста вкрапленість петельчасто-зросткова вкрапленість смугасто-зросткова будова суцільні рудні шари.

Серед фізико-механічних властивостей магнетиту найвразливіше впливають на тріщиноутворення такі показники, як мікротвердість кристалів, середній діаметр і об'ємний відсоток мікропор. Зі зменшенням мікротвердості магнетиту і збільшенням середнього діаметра і об'ємного відсотка мікропор збільшується ступінь тріщинуватості порід. Найважливішим фактором тріщинуватості магнетитових відмін кварцитів є неоднорідність індивідів і агрегатів магнетиту. Кристали магнетиту в докембрійських залізисто-кременистих формаціях є твердими розчинами з мікровключеннями продуктів розпаду і характеризуються мікроблочною будовою. Саме контакти мікроблоків в кристалах магнетиту є поверхнями, вздовж яких циркулюють розчини, що призводить до утворення тут ослаблених зон, мікротріщинуватості і тріщинуватості взагалі.

На тріщинуватість гематитових і гематит-магнетитових відмін залізистих кварцитів впливають такі властивості гематиту, як морфологія, характер зрощень з іншими мінералами, мікротвердість. Підвищення в породах гематиту пластинчастої морфології призводить до підвищення інтенсивності тріщинуватості порід; збільшення об'ємного відсотка ромбоедричного гематиту, навпаки, зменшує тріщинуватість кварцитів. Гематит таблитчастої форми не впливає на процеси тріщиноутворення.

Зі збільшенням в гематитових і гематит-магнетитових кварцитах об'ємного відсотка рудних прошарків їх тріщинуватість збільшується, а зі збільшенням змішаних прошарків, навпаки, зменшується. Для гематитових і гематит-магнетитових кварцитів одним із мінералогічних факторів тріщиноутворення є об'ємний відсоток рудних прошарків.

Зі зменшенням мікротвердості індивідів гематиту як по площинам ромбоедра, так і по площинам пінакоїда інтенсивність тріщинуватості гематитових відмін кварцитів збільшується. Проте більш впливовішим на інтенсивність тріщинуватості є змінення мікротвердості індивідів гематиту по площинам ромбоедра, ніж по площинам пінакоїда.

Морфологічні властивості кварцу впливають на тріщинуватість практично всіх відмін залізистих кварцитів. Найбільший ступінь тріщинуватості спостерігається в породах, в яких кварц представлений переважно полігональними зернами. В кварцитах, в яких кварц представлений ксеноморфними зернами тріщинуватість зменшується. Серед фізико-механічних властивостей кварцу найбільший вплив на тріщиноутворення виявляє мікротвердість, зі збільшенням якої зменшується ступінь тріщинуватості практично всіх відмін залізистих кварцитів.

Морфологічні властивості кумінгтоніту впливають на ступінь тріщинуватості кумінгтонітових відмін залізистих кварцитів і сланців (кумінгтоніт-силікатних, кумінгтоніт-магнетитових кварцитів, гранат-кумінгтонітових, кумінгтоніт-гранатових сланців). Інтенсивність тріщинуватості вища в породах, що складені тонкопризматичним, голчастим і променистим кумінгтонітом, ніж в породах, які складені сплутано-волокнистими і снопоподібними агрегатами кумінгтоніту. Серед фізико-механічних властивостей кумінгтоніту найбільший вплив на тріщиноутворення виявляє щільність, зі збільшенням якої зменшується ступінь тріщинуватості кумінгтонітових відмін залізистих кварцитів і сланців.

На тріщинуватість хлорит-біотитових, біотит-хлоритових і біотит-кумінгтонітових відмін сланців суттєвий вплив визначають фізико-механічні властивості біотиту, серед яких найвпливовішою є щільність. Зі збільшенням щільності біотиту тріщинуватість зазначених відмін сланців зменшується.

МІНЕРАЛОГІЧНИЙ ФАКТОР ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ

Мінерали залізисто-кременистої формації утворюються в різних термодинамічних умовах і характеризуються різними за формою кристалами. В залежності від складу і хімічних властивостей, кристалографічної форми і спайності мінерали по-різному реагують на умови стресу, що дозволяє розділити їх на наступні групи.

1) Мінерали які обумовлюють стійку масивність порід залізисто-кременистої формації. До них відносяться кварц і карбонати. Ці мінерали в умовах практично всіх фацій метаморфизму, як правило, не утворюють різко витягнутих кристалів. Їх кристали або не мають спайності (кварц), або їх спайність орієнтована в декількох різних напрямках (карбонати). Мінерали цієї групи не зазнають суттєвих хімічних і структурних змін в водних умовах.

2) Мінерали - показники можливої тріщинуватості. Ці мінерали характеризуються основними кристаломорфологічними властивостями мінералів першої групи, але при деяких термодинамічних умовах і, особливо, при наявності водних розчинів в процесі перекристалізації і обмінних реакцій можуть утворювати індивіди і агрегати видовженої і пластинчастої форми, в зв'язку з чим при сприятливих тектонічних умовах можуть обумовлювати тріщиноутворення. До цієї групи відносяться гранат і піроксени.

3) Мінерали, які обумовлюють тріщинуватість залізисто-кременистих формацій. Ці мінерали мають досконалу або зовсім досконалу спайність в одному напрямку або здатні утворювати видовжені листуваті індивіди. Вони представлені переважно листоватими (слюди, хлорити, серпентиніти) і ланцюговими (амфіболи) водовмісними силікатами. Мінерали цієї групи визначають найкращі умови для розвитку тріщинуватості. Найбільш інтенсивна тріщинуватість відшарування обумовлюється наявністю листуватих силікатів, а міжверствова тріщинуватість зумовлена наявністю ланцюгових силікатів. При більш складному складі породи з участю як листуватих так і ланцюгових силікатів утворюються як міжверствувата тріщинуватість, так і тріщинуватість відшарування. Для значної частини листуватих силікатів характерним є більша по відношенню до інших мінералів розчинність і, відповідно, більша рухомість.

За впливом на тріщиноутворення мінерали складають таку послідовність: листуваті силікати водні стрічкові силікати безводні ланцюгові силікати острівні і каркасні силікати карбонати оксиди заліза кварц. Таке розташування співпадає зі зменшенням в породах залізисто-кременистої формації ступеня тріщинуватості, пов'язане з переходом від менш ізометричних форм кристалів до більш ізометричних, від водних мінералів до безводних.

ХІМІЧНИЙ ФАКТОР ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ

Для оцінки впливу хімічного складу мінералів на структурно-текстурні особливості порід родовищ залізистих кварцитів і їхню тріщинуватість були проаналізовані хімічні склади основних породоутворюючих мінералів. Оськільки родовища залізистих кварцитів в Криворізькому рудному районі метаморфізовані в зеленосланцевій та амфіболітовій фаціях, то мінерали кожної з цих фацій аналізувались окремо. Як показали результати досліджень на ступінь тріщинуватості порід впливає вміст в мінералах ,. Вміст інших елементів практично не впливає на тріщиноутворення. На рис.1 показаний хімічний склад основних породоутворюючих мінералів.

Вміст в породах залізисто-кременистої формації змінюється від 0 до 100%. В безрудних кварцитах перехідних пачок (від сланцевих горизонтів до залізистих) вміст кремнезему становить до 90%. Модифікації складаються майже на 100% з кремнезему. В ряді амфіболи слюди його відсоток знижується. Підвищення вмісту кремнезему в породах родовищ залізистих кварцитів призводить до зменшення мінералів які сприяють розвитку тріщинуватості. Чистий кварц не має спайності і не утворює агрегатів з лінійним орієнтуванням. Тому із збільшенням в породах залізисто-кременистої формації об'ємного відсотка кремнезему їх тріщинуватість зменшується.

Вміст. Високим вмістом глинозему в породах залізисто-кременистої формації характеризуються хлоритоїди (35-40%), гранати (17-26%), біотит (20-26). Окрім того, на родовищах залізистих кварцитів з високим ступенем метаморфізму (амфіболітова фація) прикладом яких є Ганнівське, Петрівське, з'являються такі алюмосилікати, як андалузіт, кіаніт, які містять до 63% . Як показали результати кореляційного аналізу (рис.1) між вмістом алюмінію в мінералах родовищ залізистих кварцитів всіх фацій метаморфізму і хімічним складом мінералів, які сприяють тріщиноутворенню, залежність відсутня (r=0.02).

Вміст CaO. Високий вміст кальцію в породах залізисто-кременистої формації властивий для гранату (8-12%), карбонату (до 56%), епідоту (18-24%). Встановлюється тенденція зменшення вмісту CaO в ряду: листові силікати (кілька відсотків) амфіболи (10-15%) піроксени(20-25%).

Таким чином, встановлюється загальна закономірність - збільшення вмісту СаО знижує можливість виникнення мінералів, які сприяють тріщиноутворенню. Карбонати ж взагалі не мають властивості до розсланцювання, і, як наслідок, до тріщиноутворення.

Вміст. Найбільшим об'ємним відсотком характеризуються карбонатні породи верхньої частини розрізів родовищ залізистих кварцитів (Велика Глеєватка, ім. Дзержинського, Валявкинське та інш.). Збільшення ступеню метаморфізму призводить до розчину карбонатів з виносом вуглекислоти. Цей процес в породах залізисто-кременистої формаціїї супроводжується підвищенням в них вмісту кремнезему і глинозему, які здатні зв'язати в силікатах і алюмосилікатах катіони Са, Мп та інші, що звільняються при дегазації порід. Все це вказує на те, що зі збільшенням вмісту вуглекислоти зменшується можливість тріщиноутворення порід.

Використовуючи результати досліджень, автором була розроблена методика оцінки ступеня тріщинуватості порід за даними хімічного аналізу. Підвищений вміст або на окремих ділянках родовищ свідчить про відсутність або слабку розвиненість тріщинуватості. При порівняно низьких значеннях або слід очикувати інтенсивну тріщинуватість порід.

МЕТАМОРФІЧНИЙ ФАКТОР ТРІЩИНОУТВОРЕННЯ

Для визначення впливу метаморфізму на тріщиноутворення порівнювались родовища залізистих кварцитів зеленосланцевої (Скелеватське Магнетитове, Новокриворізьке) і епідот-амфіболітової (Інгулецьке) фацій метаморфізму. Також були співставлені породи різних динамометаморфічних зон, виділених попередніми дослідниками Я.М.Бєлєвцевим, Р.Я.Бєлєвцевим, М.О.Ярощук.

В породах родовищ, які метаморфізовані в умовах зеленосланцевої фації метаморфізму великий відсоток водовмісних мінералів сприяє тріщиноутворенню. В той же час, як в породах амфіболітової фації метаморфізму кількість водовмісних мінералів обмежена. Вони представлені здебільшого біотитом, хлоритоїдами, звичайною роговою обманкою та інш. В межах цих родовищ мало водовмісних силікатів, а навіть якщо вони і зустрічаються, то кількість води в них незначна. Максимальний вміст води властивий для хлоритоїдів (5-7%) і біотиту (2-4%). Вміст води в інших водовмісних мінералах Ганнівського та Інгулецького родовищ не перевищуе 1%. Тому на подібних структурних ділянках більш тріщинуватими будуть породи метаморфізовані в умовах зеленосланцевої фації.

Таким чином, виникнення і розвиток тріщинуватості порід залізисто-кременистої формації залежать від мінерального, хімічного складу гірських порід та термодинамічних умов породоутворення (фації метаморфізму).

ОЦІНКА ТРІЩИНУВАТОСТІ І ЇЇ ВПЛИВУ НА ГІРНИЧО-ГЕОЛОГІЧНІ УМОВИ РОЗРОБКИ РОДОВИЩ ЗАЛІЗИСТИХ КВАРЦИТІВ НА ОСНОВІ ГЕОЛОГО-МІНЕРАЛОГІЧНОГО КАРТУВАННЯ.

Вивчення впливу тріщинуватості гірських порід на гірничо-геологічні умови розробки родовищ залізистих кварцитів здійснювалось методами детального геолого-структурного картування, яке включало докладну документацію бортів уступів кар'єрів, виділення відмін залізистих кварцитів за мінеральним складом, зміни морфологічних, хімічних, фізичних властивостей мінералів, простеження розривних порушень, зон метасоматозу, розсланцювання, виділення систем тріщин, зміни їх параметрів, форми і розмірів окремостей. Картуванню передувало виділення в межах родовищ структурно-тектонічних блоків, в кожному з яких тріщинуватість порід можна вважати однотиповою, а умови залягання витриманими.

Найбільша щільність тріщин спостерігається по системі I, яка розвинена в силікат-магнетитових кварцитах і біотит-мусковітових сланцях та орієнтована вздовж верствуватості цих порід. Система II найбільш розвинена в амфібол-магнетитових кварцитах та амфіболових сланцях з директивною структурою і також орієнтована вздовж верствуватості. Друга і третя системи найбільш поширені в карбонат-магнетитових і гематит-магнетитових кварцитах і орієнтовані під гострим кутом (20-25) до верствуватості порід.

Поширення тріщинуватості в межах родовища контролюється окрім сугубо мінералогічного фактору також структурно-тектонічним, а також процесами гіпергенезу і метасоматозу. Структурно-тектонічний фактор проявляється в контролі більш крупними структурними елементами ділянок розвитку тріщинуватості. В межах південної частини Інгулецького родовища тріщини першої і другої систем приурочені до замків і крил антиклінальних складок. Найбільш значні тріщини виникають при відслоюванні замкових частин складок. Ширина таких тріщин може сягати 0.5 м при довжині по шарніру - 2-3 метра. В той же час суміжні синклінальні структури практично не тріщинуваті. Вони являють собою складнопобудовані зони зім'яття з інтенсивним розвитком багатопорядкової складчастості волочіння. Ширина зон зім'яття в синклінальних структурах змінюється від перших до перших десятків метрів. Амплітуда складок волочіння змінюється від декількох міліметрів до декількох десятків сантиметрів.

Вплив гіпергенезу на розвиток тріщинуватості проявляється в більш інтенсивному її розвитку в окислених залізистих кварцитах ніж в порівнянні з неокисленими відмінами.

Як приклад практичного використання результатів досліджень наведемо застосування топомінералогічного картування для прогнозування тріщинуватості з метою виключення втрат гарячевиливних вибухових речовин при проведенні вибухових робіт на кар'єрах. Для з'ясування причин втрат гарячевиливних вибухових речовин в масиві гірських порід була проведена серія експериментів при зарядці вибухових блоків. Оскільки цей тип вибухових речовин заряджається виключно в обводненні свердловини під стовп води, а визначення межі “вибухова речовина - вода” в сучасний період технічно неможливе, то заміри проводились по рівню води над рідкою вибуховою речовиною. Відразу ж після зарядки проводились заміри рівнів води в свердловинах. Висота стовпа заряду оцінювалась як різниця фактичного стовпа рідини в свердловині і попередньо заміреного рівня води. Заміри рівнів рідини в кожній свердловині проводились через 5, 10,15, 20, 30, 40 хвилин і через 24 години. Як показали результати експериментів, найбільш інтенсивне поглинання гарячевиливних вибухових речовин проходить в перші 20-30 хвилин після зарядки. В цей період часу поглинається до 80%. Основним фактором при цьому виступає тріщинуватість. Коефіцієнт фільтрації води в перші 15-20 хвилин після зарядки практично не впливає на поглинання вибухових речовин, про що свідчить низький коефіцієнт кореляції між ступенем поглинання вибухової речовини і коефіцієнтом фільтрації (r = 0.3). В той же час, залежність між інтенсивністю тріщинуватості в білясвердловинному просторі і ступенем поглинання гарячевиливних вибухових речовин складає r=0.94.

Таким чином в результаті проведених експериментів встановлено, що головною причиною втрат гарячевиливних вибухових речовин є поглинання їх масивом гірських порід в зонах тріщинуватості.

Як показалаи результати досліджень з великого різноманіття просторово-генетичних типів тріщин, які властиві залізисто-кременистим формаціям, основна частина вибухових речовин поглинається верствуватими і внутрішньоверствуватими тріщинами. Вони поглинають біля 85% вибухових речовин. Біля 15% останніх поглинається техногенною тріщинуватістю, яка утворюється внаслідок попередніх вибухів і розвивається по тих самих міжверствуватих і внутрішньоверствуватих тріщинах.



ВИСНОВКИ

Результати проведених досліджень дозволяють зробити такі висновки.

1. Тріщиноутворення в породах залізисто-кременистих формацій залежить від мінерального і хімічного складу гірських порід, а також від термодинамічних умов їх утворення.

2. Підвищення відносного відсотка в породах призводить до підвищення їх тріщинуватості, а збільшення кількості зменшуює тріщинуватість порід.

3. В залежності від впливу на тріщиноутворення всі мінерали залізисто-кременистої формації діляться на три групи:

мінерали, які обумовлюють тріщинуватість порід;

мінерали, які в сприятливих тектонічних умовах призводять до тріщиноутворення;

мінерали, які не сприяють тріщиноутворенню.

В залежності від впливу на тріщиноутворення можна виділити наступний ряд мінералів:

листові силікати водні стрічкові силікати безводні ланцюгові силікати острівні і каркасні силікати карбонати оксиди заліза кварц.

4. Різні просторово-генетичні типи тріщин по-різному впливають на гірничо-геологічні умови розробки родовищ залізистих кварцитів. Якість вибухової відбійки гірських порід і гідрогеологічний режим родовищ визначається розвитком здебільшого міжверствуватої та внутрішньоверствуватої тріщинуватості. Прогнозування розвитку тріщинуватості в межах родовищ ефективно проводиться методами топомінералогічного картування.



ОСНОВНІ РОБОТИ АВТОРА ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

Плотников О.В., Петрусенко І.Ю. Тріщиноутворення в залізистих кварцитах докембрию.- Кривий Ріг: вид-во Науково-дослідного гірничорудного інституту, 1998.-186 с.

Петрусенко И.Ю., Плотников А.В. Региональные и локальные поля тектонических напряжений в Криворожском рудном районе//Геотехническая механика.-1998.-№9.-с.71-76.

Петрусенко І.Ю. Фізико-хімічні фактори тріщиноутворення в породах залізисто-кременистих формацій // Сб. науч. тр. НГА Украині.- №3.-том.2.-Днепропетровск: 1998.- С.92-93.

Гхарби Н.Ю., Петрусенко И.Ю. Особенности минералого-петрографического состава окисленных железистых кварцитов Скелеватского и Валявкинского месторождений // Научно-технические аспекты стабилизации горнодобывающего производства. - Кривой Рог: НИГРИ - 1995. - С. 187-192.

Петрусенко И.Ю. Структурно-тектонические проблемы взрывной отбойки горных пород горячельющимися взрывчатыми веществами// Проблемы горнодобывающей промышленности металлургического комплекса Украины. - Кривой Рог: НИГРИ. - 1997. - С. 84-86.

Петрусенко І.Ю. Мінералогічні фактори тріщиноутворення в породах залізисто-кременистої формації// Відомості Академії гірничих наук.-№4.-1997.- с.13-14.

Петрусенко І.Ю. Математична модель поглинання гарячевиливних вибухових речовин в зонах тріщинуватості//Проблемы горно-добывающей промышленности металлургического комплекса Украины: Сб. науч.тр.-Кривой Рог.:НИГРИ, 1998.- С.81-86.

Петрусенко І.Ю. Оцінка впливу хімічного складу гірських порід і минералів на тріщинуватість родовищ// Проблемы горно-добывающей промышленности металлургического комплекса Украины: Сб.науч.тр.:-Кривой Рог.: НИГРИ, 1998.-С.77-80.

Строение Криворожско-Кременчугской шовной зоны // Плотников А.В., Петрусенко И.Ю.; Криворожский технический университет.- Кривой Рог.- 1996.- 11 с. Деп. в УкрИНТЭИ 20.12.96., № 322-Уі-96.

Принципы и методы автоматизированного картирования сложно-складчатых месторождений шовных зон Украинского щита // Плотников А.В., Петрусенко И.Ю.; Криворожский технический университет.- Кривой Рог.-1996.-11 с. Деп. в УкрИНТЭИ 20.12.96, № 321-Уі-96.

Плотников А. В., Черновский М.И., Петрусенко И.Ю. Тектонические условия осадконакопления пород криворожской серии в зоне Криво-рожско-Кременчугского глубинного разлома // Труды Региональной научн. конф. “Современные проблемы геологии и минералогии железисто-кремнистых формаций и их обрамления”.- Кривой Рог: КТУ. - Контакт - 1996. - С.25.

Плотников А.В., Воротеляк Г.А., Петрусенко И.Ю. Влияние трещинно-разломной тектоники месторождений на взрывную отбойку горных пород горячельющимися взрывчатыми веществами// Труды Междунар. конф. “Проблемы гидрогеомеханики в горном деле и строительстве”. - Киев: Укр. Дом экон. и науч.-техн. знаний общ. "Знание" Украины.- -1996. - С.30-31.



АНОТАЦІЇ

Петрусенко І.Ю. Мінералого-петрографічні фактори тріщиноутворення в залізистих кварцитах докембрію (на прикладі родовищ Криворізького рудного району: Інгулецького, Скелеватського, Першотравневого). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.11 - геологія металевих і неметалевих корисних копалин. - Державний науковий центр радіогеохімії навколишнього середовища НАН України, Київ, 1999.

Дисертацію присвячено виявленню факторів, які впливають на тріщинуватість порід родовищ докембрійських залізисто-кременистих формацій. В роботі розвивається новий напрямок в практичній мінералогії, який базується на використанні топомінералогічного картування для прогнозу тріщинуватих зон родовищ. Показаний вплив мінерального, хімічного складу гірських порід і термодинамічних умов їх утворення на ступінь тріщинуватості. Виділені ряди мінералів і хімічних елементів. Основні результати роботи впроваджені на гірничо-збагачувальних комбінатах України.

Ключові слова: мінеральний склад, тріщинуватість, залізисто-кремениста формація, топомінералогія.

Петрусенко И.Ю. Минералого-петрографические факторы трещинообразования в железистых кварцитах докембрия (на примере месторождений Криворожского рудного района). - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.11 - геология металлических и неметаллических полезных ископаемых.- Государственный научный центр радиогеохимии окружающей среды НАН Украины, Киев, 1999.

Диссертация посвящена выявлению факторов, влияющих на трещиноватость пород месторождений докембрийских железисто-кремнистых формаций. В работе развивается новое направление в прикладной минералогии, основанное на использовании топо-минералогического картирования для прогноза трещиноватых зон месторождений. Показано влияние минерального, химического состава пород и термодинамических условий их образования на степень трещиноватости. Выделены ряды минералов и химических элементов.

Ключевые слова: минеральный состав, трещиноватость, железисто-кремнистая формация, топоминералогия.

Petrusenko I.Yu. Mineralogical and petrological factors of fracturing on ferruterous quartzites of Pre-Cambrian (on a example of deposits Krivoj Rog ore region). - Manuscript.

Dissertation for candidate's degree of science in geology, the speciality 04.00.11 - Geology of metal and unmetal minerals.- State centre of science radiogeochemistry of an environment of National Academy of Science of Ukraine, Kiev, 1999.

Dissertation is devoted to revealing of the factors, influencing on jointing of rock of deposits Pre-Cambrian banded iron formation. In work a new direction in applied mineralogy, based on use topomineralogical mapping for the forecast jointy of zones of deposits is developed. Influence mineral, chemical of content rock and thermodynamic conditions of their formation (training) on a degree of jointy is shown. Numbers of minerals and chemical elements are allocated. The main results of work have found industrial application on ore dressing combines of Ukraine.

Key words: a mineral structure, jointy, banded iron formation, topomineralogy.

Размещено на Allbest.ru

...