Анализ калийных и магниевых солей Верхнекамского месторождения

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Соляные породы, несмотря на относительно небольшое содержание в стратисфере, имеют важное экономическое и теоретическое значение, в том числе в геологии нефти и газа.

В последние годы образование солей, соленосных отложений и рассолов стало привлекать все большее внимание исследователей. Оказалось, что эти процессы - часть глобального круговорота веществ на Земле. Они затрагивают такие, казалось бы, далекие от галогенеза проблемы, как образование вод Мирового океана и вообще гидросферы Земли, возникновение рассолов на поверхности и в земной коре, условия образования солевого резерва морей и океанов, циклы круговорота химических элементов между атмосферой, гидросферой и земной корой, генезиса углеводоров и как это не странно, многих рудных месторождений. Кроме того, внимание геологов к соленосным толщам привлечено еще и потому, что в связи с широко развернувшимся глубоким бурением на нефть и газ во многих регионах Земли были выявлены огромные массы соляных пород, образование которых необходимо было объяснить. Появились новые гипотезы и взгляды, попытки дать иную интерпретацию процессам солеобразования. Это усилило интерес к проблемам галогенеза геологов, геохимиков, нефтяников, химиков. Более глубоко и всесторонне стали изучаться физико-химические условия современного соленакопления в различных географических обстановках, получили новое объяснение наиболее важные вопросы образования древних соленосных отложений.

Целью данной курсовой работы является рассмотрение условий образований соляных пород, изучение продуктивных слоев калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения, отличие красных и пестрых сильвинитов.

1. Соляные породы

К соляным породам принадлежит различные образования хемогенного происхождения, состоящие из минералов класса сульфатов, хлоридов. Они залегают в виде пластов, прослоев, линз различной мощности. Иногда в результате тектонических движений соляные породы образуют купола, штоки и другие вторичные, постседиментационные формы залегания.

По подсчетам А.Б. Ронова (1993) соляные породы составляют 1,2% общего объема осадочных пород. Представители этой группы достаточно многочисленны, но наиболее распространены лишь три, максимум четыре типа пород - гипсы, ангидриты, каменная соль и в значительной меньшей степени - сильвинит.

Соляные породы играют заметную роль в формировании осадочной оболочки Земли. Они встречаются с протерозоя и образуются в настоящее время. Для соляных пород характерны высока растворимость в воде и слабых кислотах, явно выраженное кристаллическое строение, низкая твердость и светлая окраска - преимущественно белая, бесцветная, светло-серая, голубовато-серая и желтовато-серая реже бурая. Седиментогенные минеральные скелеты и органическое вещество в породах отсутствуют.

2. Сульфатные породы

К сульфатным породам относятся гипсы и ангидриты, состоящие из соответствующих минералов, содержание которых может достигать 90-98 %, однако, как правило, в тех или иных, иногда значительных, количествах присутствуют различные примеси - доломит, магнезит, галит и др.

Существуют и смешанные сульфатные породы - гипсовые ангидриты и ангидритовые гипсы.

Ангидрит (CaSO4) имеет тонкозернистую структуру и голубовато-серый, реже белый и красноватый цвет. Вблизи поверхности земли подвергается гидратации и переходит в гипс со значительным увеличением объема и изменением текстуры и структуры.

Гипс (CaSO4*2H2O) - порода белого, серовато-белого цвета, кристаллически-зернистая, обычно слоистая. Встречается обычно с ангидритом.

Гипсы и ангидриты - породы пластичные, под действием давления - бокового или неравномерного вертикального - они легко деформируются.

Гипсы и ангидриты образуют пласты и пачки мощностью в десятки метров, а иногда и толщи в сотни метров.

Первичная текстура гипсов и ангидритов являются во многом общими для многих осадочных образований - массивная и слоистая. Появление вторичных текстур, как и структур, обуславливается тем, что сульфатные породы легко растворимы и пластичны, они легко перекристаллизуются, гидратируются и, напротив, дегидратируются, переходя друг в друга.

3. Хлоридные породы (галогены)

Соляные породы хлоридной группы весьма разнообразны, но абсолютно преобладает каменная соль (порода является ведущей по объему и среди всех соляных пород вообще), в значительном меньшем количестве образуется сильвинит. Среди других хлоридных пород можно отметить карналлитовую (по породообразующему минералу - карналлит KCl·MgCl2·6H20), бишофитовую (минерал бишофит MgCl2·6H20), а также соответствующие смешанные породы - бишофит-карналлитовые, галит-карналлитовые, галит-бишофитовые.

Для соляных галогенных пород характерна весьма крупные размеры кристаллов, часто значительно превосходящие размеры кристаллов других осадочных пород.

Каменная соль сложена галитом (NaCl), в виде примеси содержит небольшое количество других хлористых и сернокислых солей, ангидрита, оксидов железа и терригенных частиц. Она бесцветна и окрашена в серые, красные и синие тона. Серая окраска связана с примесью ангидрита и терригенных частиц, красная -гематита, синяя - с рассеянным в галите металлическим натрием. Обычно каменная соль имеет тонкую слоистость - результат изменения условий осаждения; кристаллически-зернистую структуру.

Карналлитовая порода состоит из 50-80 % из минерала карналлита (KCl·MgCl2·6H20) и 20-50 % галита с небольшой примесью ангидрита, глинистых и других примесей. Окрашена в оранжево-красные тона, окраска пятнистая. Благодаря высокой гигроскопичности карналлита поверхность породы влажная.

Сильвинит состоит из сильвина (KCl) на 50-75 %, галита 25-50 % и примесей ангидрита, глины. Имеет неоднородную окраску -- встречаются красные, розовые, синие и оранжевые кристаллы.

4. Генезис

Образование солей происходит в прибрежно-морских и лагунных условиях, на суше в бессточных озерах. Для образования их необходимы следующие предпосылки:

· Аридный климат, где испарение в несколько раз превышает количество осадков;

· Затруднённое сообщение лагуны или залива с морем, но вместе с тем и постоянный приток некоторого количества морской воды;

· Непрерывное равномерное погружение бассейна.

Образовавшийся осадок соляных минералов при погружении дна бассейна перекрывается новыми осадками, постепенно превращается в осадочную породу (диагенез). В толще осадочные породы при условиях повышенных давлений и температур происходит перекристаллизация соленосных отложений и образование кристаллически-зернистой соли (катагенез). Под давлением вышележащих толщ соль приобретает пластичность и легко выжимается - перемещается в места с более низким давлением. В связи с этим соли могут служить флюидоупорами.

Способы образования минералов, образующих соляные породы, и соответственно способы образования этих пород, как практически и всех других осадочных пород, достаточно разнообразны, но абсолютно преобладает чисто химическое выпадение из растворов по мере достижения предела растворимости тех или иных солей.

Общая последовательность в целом достаточно определенная - вначале выпадают сульфаты кальция (гипс и ангидрит), затем хлориды натрия (галит), затем хлориды и сульфаты калия и магния (сильвин KCl, карналлит KCl·MgCl2·6H20) и, в завершающей стадии, хлориды магния (бишофит MgCl2·6H20).

Конкретные значения солености, при которых происходит осаждение тех или иных солей, зависят от ряда причин. Дело в том, что природные рассолы -- это сложные системы, в которых присутствуют самые разнообразные соединения в виде наборов катионов и анионов. Растворимость конкретного соединения и соответственно возможность его нахождения в растворе или, напротив, осаждения зависит от присутствия и концентрации других ионов. Последние либо снижают предел растворимости, и тогда вещество осаждается при более низких концентрациях, либо, напротив, повышают его, и тогда для осаждения необходима более высокая концентрация; этого вещества. Более того, в процессе осаждения какие-то вещества удаляются из раствора, соотношение ионов меняется, что оказывает воздействие на всю систему и изменяет пределы растворимости остающихся в растворе веществ. Аналогичным образом воздействует и изменение температуры. Другими словами, природные рассолы -- это весьма динамичная система.

В природных условиях с учетом взаимодействия отдельных ионов и температуры сульфаты кальция осаждаются, когда концентрация морской воды повышается в 4 --5 раз, т.е. соленость достигает 14,0-18,0 % (напомним, средняя соленость морской воды -- 35 г/л, или 3,5 %), а плотность воды (рассола) составляет 1,10--1,13 г/см3 (при средней плотности морской воды 1,03 г/см3). Галит осаждается при 8--10-кратном увеличении солености -- до 26,0 -- 32,0 % и плотности 1,20 -- 1,25 г/см3, и, наконец, при более высокой концентрации, при выпаривании 50 -- 60 объемов воды начинается осаждение растворимых солей калия и магния, в том числе сильвина (соленость 33,0 -- 35,0 %, плотность рассола 1,28--1,3 г/см3).

5. Продуктивные пласты калийно-магниевых солей Верхнекамского месторождения

Верхнекамское месторождение уникальное по количеству запасов калийных солей, единственная сырьевая база калийной промышленности России, открыто в 1925 г.

В тектоническом отношении оно приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Месторождение представлено соляной толщей кунгурского яруса.

Рассмотрим геологический разрез, с целью выявить продуктивные пласты калийно-магниевых солей. Соляная толща подразделяется (снизу-вверх) на подстилающую каменную соль, калийно-магниевую залежь и покровную каменную соль. Калийная залежь средней мощностью около 72 м и площадью 3680 км2 расположена внутри контура соляной толщи.

Залежь подразделяется на две зоны: нижнюю, сильвинитовую, представленную четырьмя сильвинитовыми пластами (Кр. III, Кр. II, Кр. I и А), и верхнюю - карналлитовую, состоящую из девяти пластов (от Б до К), которые на отдельных площадях сложены либо карналлитовой породой, либо пестрым сильвинитом, либо обеими разновидностями этих солей.

Сильвинитовая зона представлена пластами красного сильвинита, переслаивающиеся с каменной солью. Зона имеет 4 продуктивных пласта (Кр. III, Кр. II, Кр. I и А), средняя мощность которых 26 м.

Сильвинито-карналлитовая зона представлена пластами карналлитовой породы и пестрого сильвинита, чередующиеся с пластами каменной соли. Зона имеет 9 продуктивных слоев (от Б до К), средняя мощность которых 92 м.

Продуктивные пласты отделены друг от друга пластами каменной соли, однако пласт Б залегает непосредственно на пласте А. По кровле соляной толщи выделяется серия цепочек положительных (поднятия, купола) и отрицательных (впадины, мульды, прогибы) тектонических структур. Внутри соляной толщи развиты почти исключительно складчатые деформации. Характерной чертой всех складчатых структур соляной толщи является линейная форма в плане. Разрывные нарушения на месторождении развиты слабо, среди них наиболее распространены трещины. На некоторых поднятиях калийная залежь полностью уничтожена. 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. На месторождении ведется добыча сильвинитов (калийных солей), карналлитовой породы (руды на магний), каменной соли и хлорнатриевых рассолов.

6. Красные и пестрые сильвиниты

Сильвинит -- наиболее распространенная калийная соляная порода главным образом в месторождениях хлоридного и сульфатно-хлоридного типов. Состав сильвинита неодинаковый. Выделяются разновидности сильвинитов по характеру окраски (красные и пестрые), текстурным признакам (полосчатые) и минеральному составу примеси (ангидритовые, полигалитовые, кизеритовые). Наибольшим распространением пользуются две разновидности: красные и пестрые сильвиниты.

Красные сильвиниты характеризуются интенсивной красной и кирпично-красной окраской преимущественно сильвиновых прослоев и отчетливо выраженной слоистостью. Мощности годовых слоев сильвинитов и каменной соли обычно близки и равняются 3--4 см. Примесь ангидрита, карбонатов и глинистого материала часто обособлена в тонкие (1--2 мм) прослои. Текстура красных сильвинитов слоистая (равномерно и неравномерно). Структура красных сильвинитов разнозернистая с преобладанием мелко- и среднезернистой. Зональное строение зерен сильвина наблюдается нечасто. Для Верхнекамского месторождения характерна разновидность полосчатого сильвинита (пласт А), характеризующаяся тонкой слоистостью и яркой окраской прослоев.

Пестрые сильвиниты отличаются пестротой окраски и отсутствием четко выраженной слоистости. Текстура породы массивная и пятнистая. Структура разнозернистая преимущественно средне- и крупнозернистая. Зерна сильвина обычно молочно-белые с буро-красными оторочками; зерна галита серые, просвечивающиеся и прозрачные часто с синими пятнами. Галит и сильвин в породе присутствуют в равных или близких количественных соотношениях. Постоянную примесь составляют карбонаты (доломит и магнезит), ангидрит, глинистое вещество и алевритовый материал. В сильвинитах, встречающихся в месторождениях сульфатного типа, примесь составляют полигалит, кизерит, каинит и другие сульфаты. Следует отметить, что сильвинитам свойственны постседиментационные (вторичные) структуры, обусловленные процессами растворения, замещения и перекристаллизации. Наблюдаются структуры частичного, а иногда и полного замещения сильвина галитом с сохранением красящего вещества сильвина в зернах галита.

В месторождениях сульфатного типа отмечаются разновидности красных и пестрых сильвинитов, но с менее отчетливо выраженными признаками, их характеризующими.

Е.Э. Разумовская, а затем А.А. Иванов на основании геологических наблюдений пришли к выводу о первичности красных и полосчатых сильвинитов Верхнекамского месторождения. Наряду с первичным сильвином встречается и вторичный, образующийся в результате воздействия на карналлитовую породу растворов, не насыщенных хлористым магнием.

На генезис пестрых сильвинитов высказано мнение А. А. Иванов, он считает, что пестрые сильвиниты образовались метасоматическим путем при воздействии на карналлитовые осадки ненасыщенных хлористым магнием рассолов системы (NaCl--KCl--MgCl2--H2O). Однако относительно природы воздействующих рассолов и времени метасоматического преобразования и поныне мнения расходятся.

Заключение

сильвинит калийный хлоридный катион

Наличие мощных соленосных толщ -- надежный показатель аридности или, по крайней мере, семиаридности климата, т.е. важнейший инструмент палеоклиматических реконструкций. Это также показатель палеогеографического типа водоема, степени его изолированности от Мирового океана, во многих случаях -- его глубины. Соленосные толщи разного типа позволяют более строго, более корректно использовать анализ мощностей при проведении палеотектонического анализа.

Калийные и магниевые соли широко используются в хозяйственной деятельности как в быту, так и в промышленности. Известно более 14 тысяч вариантов применения поваренной соли в промышленности, технике, химии, медицине, сельском хозяйстве и повседневной жизни. Главная ее часть -- 60 --65 % добычи -- расходуется в пищевой промышленности, остальная практически полностью используется в химической промышленности для производства соляной кислоты, получения хлора, натриевых солей.

Калийные соли -- важнейшее сырье для производства калийных удобрений; соли магния -- для получения металлического магния. Гипсы и ангидриты -- -важное сырье для производства вяжущих веществ, в том числе некоторых специальных видов цементов, являются поделочным материалом. Поровые рассолы соленосных толщ -- источник многих важных элементов, таких, например, как бром и йод. С соленосными толщами связаны месторождения самородной серы, целестина, барита, флюорита, рубидия, цезия, частично лития и бора в виде редких солей -- боратов. Нельзя не отметить и значение солевых пород в нефтяной и газовой промышленности.

Список литературы

1. Алексеев В.П. Литология: Учеб. пособие. Изд. 1. -- Екатеринбург, 2001. - 249 с. Изд. 2. - Екатеринбург, 2004. - 253 с.

2. Байков А.А., Седлецкий В.И. Некоторые аспекты генезиса галогенных толщ (на примере Среднеазиатского солеродного бассейна) //Литология и полезные ископаемые. -- 2001. -- № 6. -- С. 660 -- 67.

3. Иванов А.А., Воронова М.Л. Верхнекамское месторождение калийных солей. - Л.: Недра, 1975. - 219 с.

4. Иванов А.А. Природные минеральные соли. Москва 1951. стр.31.

5. Калинко М.К. Соленакопление, образование соляных структур и их влияние на нефтегазоносность//Тр. ВНИГНИ. - Вып. 127. - 1973. - 132 с.

6. Лидер М.Р. Седиментология. Процессы и продукты. -- M.: Мир, 1986. -- 439 с.

7. Лисицын А.П. Процессы океанской седиментации. -- M.: Наука, 1978. -- 392 с.

Приложение

Рис. 1

Размещено на Allbest.ru