Горно-геологическая характеристика месторождения

  1 Горно-геологическая характеристика месторождения 

  1.1 Общие сведения о районе месторождения 

    Джетыгаринское  месторождение хризотил-асбеста  расположено в Житикаринском  районе Костанайской области Республики Казахстан, в 5-6 км юго-восточнее города Житикара. 

    Район месторождения представляет собой  слабо всхолмленную равнину с  отдельными изолирующими возвышенностями, абсолютные отметки которых не превышают 300 м. Климат района резко-континентальный  с продолжительной суровой зимой  и жарким, засушливым летом. Максимальные температуры отмечаются в июле (до +40⁰ С), минимальные в январе (до -44⁰ С). Среднегодовое количество осадков до 250 мм, максимум их приходится на летние месяцы. Преобладающее направление ветров южное и юго-западное. Гидрографическая сеть в районе развита слабо. Основной водной артерией района является р.Тобол с притоками Желкуар и Берсуат. В районе имеется множество озёр. В хозяйственном отношении район является аграрно-промышленным, главное значение имеет горнодобывающая промышленность. Город Житикара связан с железнодорожной станцией Тобол веткой Казахстанской железной дороги длиной 100 км, параллельно которой проходит асфальтированная дорога.

    Энергоснабжение района осуществляется от энергосистемы  «KEGOS» по двум ВЛ-110 кВ, которые запитаны от Экибазстузской ГРЭС. Бытовое и техническое водоснабжение производится из водохранилища на р. Желкуар емкостью 33,5 м³ с полезной водоотдачей 0,22 м³/сек. 

  1.2 Геологическое строение месторождения 

    Джетыгаринское  месторождение хризотил-асбеста  располагается в пределах одноименного массива ультраосновных пород, который  приурочен к Аккаргинско-Джетыгаринскому  региональному глубинному разлому  и вытянут в меридиональном направлении  более чем на 18 км при средней  ширине 3 км и максимальной (в центральной  части) до 6 км. Массив залегает среди  метаморфических пород Алексеевской свиты нижнепалеозойского возраста.

    Ультраосновные  породы массива прорваны гранитодами  Джетыгаринско-Милютинского батолита, сложенного кварцевыми диоритами, граниодиоритами, плагиогранитами. Жильные породы батолита представлены дайками диорит-порфиритов, плагиогранит-порфиров, диабазовых порфиритов. Эти дайки пересекают ультраосновные породы Джетыгаринского массива.

    Джетыгаринский  массив разделен интрузивами гранитоидов  на 3 части: южную, центральную и северную. Южная часть массива наиболее крупная по размерам (8х3 км), на востоке  и западе контактирует с породами Алексеевской свиты, а на юге и севере с гранитоидами. Центральная часть (3,3 х 1,2 км) со всех сторон, исключая узкую перемычку талькитов участка Ближнего, окружена гранитоидами. Северная часть массива прослежена по простиранию на 8 км при ширине 1 – 1,5 км. Почти полностью окружена гранитоидами и рассекается их многочисленными дайками.

    Джетыгаринский  массив отличается от всех других массивов региона наличием «ядер» слабосерпентинизированных  ультраосновных пород. В его строении резко преобладают перидотиты (гарцбургиты, редко лерцолиты) и апоперидотитовые лизардитовые и хризотил-лизардитовые серпентиниты. Дуниты и аподунитовые серпентиниты имеют подчиненное  распространение, и только в южной, наиболее крупной части массива, ими сложены довольно обширные полосы субмиридионального простирания длиной до 2,7 км при ширине около 0,3 км.

    В южной части массива выделяются Большое (6х1 км) и Малое (2х0,5 км) и  многочисленные мелкие перидотитовые  «ядра». Ширина серпентинитовых кайм вокруг ядер весьма непостоянна (50-300 м, редко до 1,5 км). Перидотитовое ядро сохранилось и в Центральной  части массива, Северная его часть  серпентинизирована нацело. Вдоль разрывных  нарушений, при контактовых частях массива и в контактовых зонах  даек кислого состава серпентиниты часто оталькованы (до талькитов  на участке Ближний). 

  1.3 Форма и строение асбестоносных залежей 

    Главной особенностью внутреннего строения Джетыгаринского  массива, является его не полная серпентинизация с  наличием крупных ядер слабо серпентинизированных перидотитов, заключенных в серпентинизированном меланже (тектонические брекчии) перидотитов. Асбестовые залежи располагаются в  экзоконтактных крупных перидотитовых  ядер, в их серпентинизированных каймах.

    Главное асбестоносное поле охватывает залежи расположенные вокруг Малого перидотитового ядра Южной части массива (Основную, Восточную и Западную). С запада и востока оно ограничено крупными субмеридиональными разрывными нарушениями, а внутри него установлены два  параллельных диагональных разрыва  северо-западного простирания. Одним  из этих разрывов Восточная залежь отделена от Основной. Западное асбестоносное  поле включает асбестовые залежи, которые  окаймляют Большое перидотитовое  ядро (Лидинскую, Промежуточную, Отдельную, Малую, Новую). Северное асбестоносное  поле находится в Центральной  части массива и включает единственную, вторую по величине на месторождении  залежь Гейслеровскую.

    Большая часть запасов месторождения (80%) сосредоточена в Основной асбестовой залежи. Она приурочена к восточному контакту Малого перидотитового ядра и протягивается в виде широкой (300-400 м) дуги протяженностью 3900 м. Залежь имеет пластообразную форму и падает согласно с контактом ядра на восток, располагаясь в его эндо- и экзоконтактах. С глубиной мощность заметно уменьшается и возрастает угол ее падения ( от 45-65⁰ до 70-80⁰). С востока залежь ограничивается Восточной зоной разломов, с которой связаны дайки среднего и кислого состава.

    В залежи имеется несколько локальных  пережимов. Эти пережимы, а также  резкое выклинивание залежи в южном  направлении обусловлены дайками  и штоками диорит-порфиритов и  гранидиорит-порфиритов. Дайки и  штоки вызвали перекристаллизацию и частичное уничтожение асбестоносных  серпентинитов и асбестовых руд. 

    1.4 Вещественный состав, формы и типы месторождения полезных ископаемых 

    Сырьевой  базой АО «Костанайские минералы»  является Джетыгаринское месторождение  хризотил-асбеста. Промышленная асбестоносность  Джетыгаринского месторождения  приурочена к южной части Джетыгаринского  ультраосновного массива, простирающегося  в меридиональном направлении на 17-18 км при максимальной ширине 3 км. К северу массив сужается. Джетыгаринский ультраосновной массив разорван интрузиями гранитоидов на три части: южную, центральную и северную.

    Южная часть массива наиболее крупная  по величине. Она, как и весь массив, вытянута в меридиальном направлении  на 8 км при ширине 3 км. В структуре  южной части выделяются большое  и малое перидотитовые ядра, окаймленные  серпентинитами. Размер ядер 6 х 1 км, 2 х 0,5 км.

    Южная часть массива вмещает несколько  асбестовых залежей: Основная, Малая, Новая, Лидинская. Наиболее крупная и ценная в промышленном отношении залежь Основная приурочена к висячему боку малого ядра ультраосновной интрузии.

    Залежь  Основная является самой крупной на месторождении, в ней заключено 83% всех запасов волокна асбеста месторождения. Длина залежи около 3900 м, мощность колеблется от 30-90 м (северная часть) до 210-450 м (в южной части), в среднем составляет 180 м. Залежь имеет восточное падение под углом в среднем 70 градусов с отклонением в верхних горизонтах от почти горизонтального до 50 градусов.

    Залежь  Малая расположена на юго-западе от южной части Основной залежи, приурочена к восточному контакту большого перидотитового ядра. В плане залежь имеет линзовидную форму, прослеживается на поверхности в северо-восточном направлении на 415 км при ширине от 15 до 90 м. качество волокна низкое. В основном оно представлено VI (82%) и V (15%)  сортами. Среднее содержание в балансовом контуре – 1,87%.

    Залежь  Новая расположена к югу от Малой залежи вдоль большого перидотитового ядра и расположена в 600 метрах от Основной залежи на ее продолжении. Простирается залежь сначала в меридиональном, а затем в юго-западном направлении на 1600 м. В разрезе залежь имеет пластообразную форму и падает на восток. Мощность залежи непостоянная и изменяется в пределах 50-160 м, местами уменьшается до 9 м. насыщенность серпентинитов жилками асбеста на залежи Новая очень бедная, вследствие чего руды ее характеризуются низким содержанием волокна – 1,41%.

    Залежь  Лидинская находится к северо-западу от Основной залежи. В плане имеет линзообразную форму. Длина залежи по простиранию 800 м, при ширине 60 м. На глубине 50м залежь выклинивается. Балансовая принадлежность Лидинской залежи утвержденными ГКЗ СССР кондициями (протокол от 28.05.1982г №1703-к) не определена. Общие запасы составляют по руде 3883 тыс.тонн при среднем содержании волокна асбеста I – VI сортов – 2,03% волокна асбеста 79 тыс.тонн.

    Гейслеровская залежь расположена в центральной части Джетыгаринского ультраосновного массива, протягивается вдоль контакта небольшого (2200х800 м ) передотитового ядра на 2300 м в северо-западном направлении. В поперечном разрезе асбестоносные серпентиниты окаймляют передотиты, образуя мульдообразную залежь с ассеметричными крыльями. Восточное крыло залежи падает под углами 40-50 градусов на юго-запад, западное под углами 20-30 градусов на северо-восток. Мощность асбестоносных серпентинитов ( включая непромышленную асбестоносность типа просечек) непостоянная  и варьирует в пределах 20-200 м. Руды Гейслеровской залежи относительно бедные.

    Разрабатывается самая крупная залеж месторождения  – Основная. Залеж приурочена к  висячему боку малого ядра южной части  Джетыгаринского ультраосновного  массива. С запада она непосредственно  примыкает к передотитовому ядру.

    С востока ограничивается дайками  диоритовых порфиритов, на юге резко  обрывается интрузией плагиогранит-порфиров, на севере тянется в виде слепого  рудного тела, постепенно выклинивающегося.

    Залежь  имеет пластообразную форму с  восточным падением под углом  в среднем 70 градусов. Длина залежи 3900 м, мощность колеблется от 30-90 м на севере, до 210-450 м на юге, составляя  в среднем 180 м. Распространение волокна  асбеста в промышленных концентрациях  прослеживается на глубину до 500 м, на юге до 800 м.

    В зависимости от морфологии жилок  хризотил-асбеста выделяется 6 типов  асбестоносности: зоны одиночных жил, сложных жил, мелкопрожила, крупной  и мелкой сетки, просечек. Все зоны, кроме просечек, имеют промышленное значение. Граница между типами асбестоносности  условная. Наиболее богатые по общему сожержанию асбеста руды типа сложных  жил, крупной сетки, среднее содержание в них асбеста составляет 6,25% и 5,8% соответственно. Относительно высоким  ситовым составом отличаются руды типа крупной сетки, одиночных жил, в  меньшей степени сложных жил. При этом руды типа одиночных жил  имеют неравномерное и довольно низкое значение общего содержания асбеста, от 0,67% до 3,09%. Довольно бедные по общему содержанию асбеста и осбенно по ситовому составу руды типа мелкопрожила и мелкой сетки, хотя первые и близки к сложным жилам, а последние к крупносетчатому типу. Эти руды обычно труднообогатимы. 

  1.5Типы асбестоносности и особенности их пространственного распределения, запасы асбеста. 

    На  месторождении выделены шесть типов  асбестоносности. Одиночные жилы хризотил-асбеста  имеют мощность 5-20 мм, редко 25-30 мм. Залегают в серпентинизированных перидотитах  и окаймляются оторочками массивного плотного темно-зеленого серпентинита. Мощность оторочек зависти от мощности жил и меняется от 2-3 до нескольких десятков сантиметров.

    Сложные жилы представлены сериями жил хризотил-асбеста, ориентированных параллельно друг другу, которые залегают среди серпентинитов  и серпентинизированных гарцбургитов. Мощность серий от 10-20 до 50 см, количество жил в серии 20-50, мощность жил в  сериях 2-15 см. краевые жилы имеют  наибольшую мощность. Расстояние между  сериями жил 10-20 см и больше. Количество просечек серпентина и магнетита  в жилах незначительное, длина  волокна часто соответствует  мощности жил.

    Крупная сетка состоит из крупных разноориентированных простых хризотил-асбеста, залегающих в серпентинитах с ядрами серпентинизированных перидотитов. Мощность жил и волокна  от 2 до 20-25 мм. Размеры ячеек между  жилами хризотил-асбеста изменяются от 10х10 до 50-90 см. просечки магнетита  встречаются редко.

    Мелкая  сетка по морфологии жилкования аналогична крупной и отличается от нее лишь меньшей мощностью жил хризотил-асбеста (до 7 мм) и меньшим размером ячеек  безрудных вмещающих пород (меньше 12х12 см), заключенных между жилами. Просечки магнетита редки.

    Мелкопрожил сходен с типом сложных жил  и отличается от него меньшей мощностью  жил хризотил-асбеста (обычно 1-3 мм), причем мощности жил в серии почти  одинаковы.

    Просечки  – непромышленный тип асбестоносности, образованный одиночными маломощными  жилками. Они объединяются в три  морфологические разновидности: 1) единичные  просечки; 2) просечки в форме пучков, ориентированных в одном направлении; 3) просечки сетчатого типа. Наиболее распространена первая разновидность.

    На  Основной залежи наблюдается обычная  для месторождений хризотил-асбеста  зональность рудоносных пород: степень  серпентизации увеличивается от перидотитового ядра в периферии  массива. От лежачего бока залежи к  висячему выделяются: серпентинизированные перидотиты и дуниты, серпентиниты с мелкими ядрами перидотитов  или дунитов, составляющими 5-60% объема породы, серпентиниты.

    Оруднелые серпентинизированные перидотиты (подчиненно дуниты), составляющие не более 5% объема всей залежи, протягиваются вдоль  ее лежачего бока полосой мощностью 5-90 м. Асбестовая минерализация представлена одиночными жилами и просечками. Серпентинизированные дуниты, в отличие от перидотитов, слабо асбестоносны, в них отмечены лишь просечки асбеста.

    Зона  серпентинитов с ядрами перидотитов (редко дунитов) составляет значительную (25%) часть залежи и располагается  восточнее полосы серпентинизированных ультраосновных пород. С этой полосой  связаны наиболее богатые асбестовые руды – крупная сетка и сложные  жилы.

    Зона  полной серпентинизации является самой  мощной и занимает до 70% объема залежи. Она слагает восточную и частично осевую ее части. С этой полосой связана  асбестоносность типа мелкой сетки  и просечек. 

    В таблице 1.1 приведено распределение асбеста по типам асбестоносности Основной залежи. 

    В размещении асбестовых залежей и  рудных тел важную роль играет петрографический состав ультраосновных пород. Промышленная асбестоносность тяготеет, главным  образом к перидотитам, дуниты же отличаются более низким содержанием  асбеста или вообще не асбестоносны.

Перспективы месторождения связаны, главным  образом, с глубокими горизонтами  Основной залежи. В залежи наблюдается  постепенное увеличение содержаний асбеста, затем их плавное уменьшение. Увеличение содержания асбеста обусловлено  изменением первичного состава проектом института «Уралгипруда» в 1976 году и скорректированных в 1986 году, при текущем коэффициенте вскрыши 6,7 тыс.тонн не обеспечивает рентабельной работы предприятия. Средний коэффициент вскрыши снижен до 1,6 тыс. тонн. Запасы руды в новых границах карьера обеспечивают его работу при объёме производства 320 тыс. тонн в год в течении 20 лет. Приект развития горных работ с уменьшенными границами карьера рассчитан на период с 2000 по 2010 гг.  

  1.6 Гидрогеологические условия месторождения 

    На  месторождении имеется один горизонт подземных вод, расположенный в  верхней трещиноватой зоне массива  ультраосновных пород. Уровень подземных  вод залегает на глубине 18-28 м в  зависимости от рельефа местности, составляя в среднем 20 м. в процессе углубления и расширения карьера  уровень подземных вод понизился  до глубины 120 м и увеличивается  по мере приближения к чаше карьера  за счет депрессионной воронки. Мощность горизонта подземных вод составляет 40-60 м. Ниже этих глубин подземные воды тяготеют к субвертикальным зонам  трещиноватости разрывных тектонических  нарушений.

    Коэффициент фильтрации, определённый в процессе многочисленных опытных гидрогеологических работах, меняется в пределах 0,01-0,35 м/сутки. Трещинные воды со свободной  поверхностью, безнапорные.

    Питание подземных вод месторожления  осуществляется за счёт атмосферных  осадков. Областями их разгрузки  является река Шортанды и карьер. По гидрохимическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевомагниевые и хлоридно-сульфатно-натриевые, минерализация  составляет менее 1 г/литр.

    Проведенный расчет водопритоков в карьер за счет подземных вод и атмосферных  осадков в период весеннего снеготаяния  показал значения 12,5 тыс. м³/сутки. Фактически же водоприток в карьере по данным водоотлива не превысил 4 тыс. м³/сутки (158 м³/час). Среднегодовой водоприток за 1965-1998 гг. составил 1,6 м³/сутки, что оказалось в семь раз ниже прогнозных величин. Месторождение имеет благоприятные гидрогеологические условия.

    Получаемые  за счет осушения карьера промышленные стоки сбрасываются в накопитель-испаритель, расположенный в 0,9 км к западу от борта карьера, где они частично испаряются и фильтруются. Анализы  воды накопителя показывают содержание в них нитридного азота 0,1-0,3 мг/л, азота амонитного в водосборнике на дне карьера достигал 1,3 мг/л. Жесткость  воды составляет 1,2 экв/л. По качеству эти  воды мало отличаются от речной воды. 

  1.7 Инженерно-геологические условия месторождения 

    Понимая под инженерно-геологическими условиями  месторождения принимаются  факторы, которые делятся на природные (климат, рельеф, геологическое строение, гидрогеологические условия, физико-механические свойства горных пород и т.д.) и горно-технические, связанные с инженерной деятельностью  человека (глубина и способ обработки, ориентировка выработок относительно геологических элементов и т.д.).

    Важную  роль при инженерно-геологической  оценке месторождения и расчете  устойчивости бортов карьера играют геолого-структурные особенности  и физико-механические свойства горных пород.

    При изучении физико-механических свойств  горных пород с жесткими связями  определялись: объёмная масса ( ,кг/м³), общая пористость (П ,%), водопоглощение (W ,%), пределы прочности на сжатие и растяжение (, МПа), угол внешнего трения ( ), коэффициент крепости ( ), скорости упругих волн (продольных-υp, поперечных-υs, м/сек), модуль упругости Юнга (Е,МПа ), коэффициент Пуассона ( ), для пород без жёстких связей определены: объёмная масса (,кг/ ), природная влажность ( ), верхний и нижний пределы пластичности(р), коэффициент пористости (l ), удельное сцепление ( С, Е, МПа), угол внутреннего трения ( град), компрессионный модуль общеё деформации ( МПа). Также производились натурные испытания для определения сопротивления сдвигу. В соответствии с классификацией, породы слагающие территорию месторождения, относятся преимущественно к скальным и полускальным и значительно в меньшей мере к мягким связным и рыхлым несвязным.

    К мягким связным породам принадлежат  четвертичные, неогеновые и мезозойские  глинистые образования. Четвертичные отложения представлены «покровными» лессовидными бурыми суглинками (реже глинами) твёрдой консистенции, залегают в верхней части месторожения.

    Древянистые и щебенистые образования коры выветривания а также техногенные отложения (отвалы вскрышных пород и продуктов  обогатительных фабрик) принадлежат  к крупнообломочным рыхлым несвязным породам.

    К группе полускальных пород следует  относить все сильно-выветрелые разновидности  пород, рассланцованые серпентиниты, тальк-карбонатные  породы и глинистые сланцы. К скальным породам относятся неизмененные и слабоизмененные процессами выветривания серпентинизированные передотиты, серпентиниты, диоритовые порфириты, диориты, плагиогранитпорфиры.

    По  степени трещиноватости пород на месторождении выделены четыре зоны: плотных массивных пород, трещиноватых пород, сильнотрещиноватых и рассланцованых пород, а так же зона поверхностного выветривания. Зона трещиноватых пород  приурочена, с основном, к асбестоносным  серпентинитам и передотитам, слагающим  залежь основную.

    По  физики-механическим свойствам вмещающие  породы и руды относятся к скальным породам с коэффициентом крепости по шкале М.М. Протодьякова равным 8-10 для серпентинитов и 12-14 для порфиритов. Другие физико-механические свойства горных пород приведены в таблице  1.2. 
 
 

    Таблица 1.2 – Физико-механические свойства горных пород

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ. 

1. Джафаров  Н.Н. Хризотил-асбест Казахстана. 2002 г.
2. Джафаров Н.Н. Месторождение полезных ископаемых Житикаринского района. 2002 г.
3. Техническая документация геологоразведки. 1992 г.
4. Глухов Р.Г., Джафаров Н.Н., Храмова Г.В., Лещенко Л.Н. Экспедиция «Центргеолнеруд» Асбестовая геологоразведочная партия, отчет – 1982 год.