Седышева Татьяна Евгеньевна
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
 Горно-геологические условия изучаются с целью выявления оптимальной схемы разведочных и эксплуатационных работ, параметров и технических характеристик проектируемого добычного агрегата. Основу для их оценки составляют результаты исследований рельефа дна, характера залегания руд, физико-механических свойств рудных образований и субстрата, а также гидродинамического режима придонных вод (рис. 3).
Основными параметрами рельефа являются его абсолютные отметки, градиенты их изменчивости (уклоны дна) и относительные превышения (расчлененность рельефа дна, выраженная в развитых мезоформах рельефа).
Уклоны поверхностей дна. В результате построения гистограмм распределения уклонов поверхностей для гайотов в целом и в пределах рудных залежей выявлен бимодальный характер параметра: первая мода сформирована в основном вершинными поверхностями (на гайоте Альба - преобладает в процентном отношении), вторая соответствует поверхностям склонов. Анализ распределения ресурсов корок по уклонам дна в целом по гайоту Федорова показал, что половина ресурсов месторождения - 51 % - располагается на площадях с уклонами более 20o. Субгоризонтальные и пологонаклонные участки со склонами до 10o вмещают 29 % руды.
На гайоте Альба на площадях с уклонами дна более 20o располагается 46 % ресурсов. Субгоризонтальные и пологонаклонные поверхности с уклонами дна до 10o вмещают 25 %. На обоих гайотах на участках с уклонами дна до 15o доля ресурсов преобладает над долей площадей, к которым они приурочены. На склонах круче 15o доля ресурсов ниже доли этих площадей. Таким образом, уклон 15o служит естественной границей областей залегания скоплений корок в пределах субгоризонтальных и пологонаклонных поверхностей и крутых склонов при подсчете ресурсов корок. Площади с крутизной до 15o в каждой залежи занимают в среднем 35 %.
Мезоформы рельефа дна. Мезо- и микроформы рельефа дна, развитые в пределах гайотов, подлежат изучению, так как они могут явиться препятствиями при передвижении и эксплуатации добычного агрегата. Мезоформы разделены на площадные - конусы, купола, террасы и линейные структуры - уступы, отроги, гребни, ложбины.
На обоих гайотах повсеместно развиты вулканические сооружения. Конусы характеризуются островершинной поверхностью и крутыми склонами (от 15 до 30o), купола - выровненной поверхностью вершины и более пологими склонами (от 7 до 12o). На поверхности гайота Федорова на каждой тысяче квадратных километров находится примерно 8.7 вулканических конусов и 2.4 куполов. Диаметр их основания достигает 3 км, а высота до 300, в единичных случаях до 400 м. На поверхности гайота Альба на каждой тысяче квадратных километров расположено примерно 7.2 вулканических конусов и 7.3 куполов. Высота достигает 550 м, в единичных случаях до 800 м, диаметр основания до 10, в единичных случаях 16 км.
На поверхности гайота Федорова наибольшее количество террас находится на восточной постройке с их концентрацией на восточном склоне. Встречаемость этих форм рельефа повышается в пределах отрогов. На поверхности гайота Альба наибольшее количество структур находится на южном, западном и северо-восточном склонах, наименьшее - на севере и северо-западе гайота. На обоих гайотах они расположены в широком спектре значений глубин - от 2 и менее до 5.5 км и более. Вероятно, среди террас имеют место как аккумулятивные, так и структурные.
Многочисленные линейные мезоформы по отношению к простиранию склонов подразделяются на:
1) простирающиеся вдоль склонов - уступы;
2) простирающиеся вкрест склона - могут присутствовать трещины, ложбины, узкие гребни, узкие валы;
3) тангенциальные или пересекающие склон наискось - выражены теми же формами рельефа, что и предыдущие и имеют явную тектоническую природу.
Наиболее отчетливо все они выражены на отрогах обоих гайотов и ответственны за их форму.
В пределах рудных залежей осложняющие мезоформы широко распространены, и их необходимо учитывать при проектировании добычного агрегата и последующей добыче руды. Также необходимо учитывать различное утерянное оборудование, являющееся техногенным препятствием при эксплуатации месторождений.
Условия залегания корок оцениваются на основе визуально определяемых параметров их состояния. К мезорельефу относятся положительные и отрицательные формы рельефа поверхности корок дециметровой размерности, являющиеся функцией поверхности микрорельефа субстрата [Мельников, 2002]. В работе обобщен имеющийся по теме материал и предложена схема для выделения типов расчлененности рельефа дна, представляющая собой двухмерную диаграмму, где по оси абсцисс показана горизонтальная расчлененность (по количеству элементов), а по оси ординат - вертикальная (по градациям относительных превышений). Всего выделено 5 типов расчлененности рельефа дна - от низкой (I) до максимальной (V). По предложенной методике просмотрены и обработаны фотопрофиля на гайоте Федорова и привлечены имеющиеся данные по другим гайотам. Выявлено, что преобладание умеренной (II) или средней (III) степени расчлененности характерно как для гайота Федорова, так и для других гайотов Магеллановых гор.
Степень присыпанности корок. Обработка материалов более 2000 км фотопрофилирования показала, что корки в той или иной мере присыпаны плиоцен-четвертичными рыхлыми осадками. Степень присыпанности изменяется от полного отсутствия осадков (0 %) до полного погребения корок (100 %). Как правило, максимально обнажены залежи, расположенные на крутых склонах, а также в зонах повышенной гидродинамической активности. Наиболее присыпаны застойные участки на вершинных поверхностях гайотов, ступенях склонов. Присыпанность в пределах залежи может изменяться закономерно или незакономерно. В процессе работы выделены 5 градаций различной степени присыпанности покровов корок осадками: от менее 20 % до 80 - 100 %; построена схема распределения присыпанности корок рыхлыми осадками на гайоте Федорова, а также на ряде других гайотов. Выяснено, что в пределах рудных залежей подводных гор площади с низкой (0-20 %) присыпанностью занимают от 40 до 60 % территории, максимально присыпаны не более 10 % площадей. На гайоте Федорова около 60 % площадей характеризуются максимальной степенью обнаженности с присыпанностью не выше 20 % и только на 10 % площадей присыпанность составляет от 60 до 100 %, то есть по этому параметру он расположен в благоприятных условиях.
Степень дезинтеграции корок. Корки залегают в основном или в виде площадных непрерывных покровов, или в виде корковых плит. В то же время, общим случаем является последовательная дезинтеграция с увеличением угла наклона поверхностей субстрата [Мельников и др., 1995]. Для гайота Федорова построена схема районирования по степени дезинтеграции покровов корок, на которой выделены рудные области недезинтегрированных и слабодезинтегрированных покровов корок (составляют около 46 % площадей рудных залежей), средней степени дезинтеграции (45 %) и высокой степени дезинтеграции (около 9 %). Выявлено, что для всех исследованных гайотов Магеллановых гор имеют место общие закономерности в распределении степени дезинтеграции корковых покровов, которые выражаются в преобладающем развитии низкой или низкой и средней степени дезинтеграции при подчиненном значении высокой степени дезинтеграции покровов корок в пределах рудных залежей.
Наличие ассоциирующих конкреционных образований. С корками нередко ассоциируют конкреции и корково-конкреционные образования. Вершинные конкреции могут слагать отдельные поля или находиться совместно с корками; склоновые конкреции распределены неравномерно и в основном связаны с зонами развития осадков, а также находятся в трещинах между участками корок, затронутых дезинтеграцией. На гайоте Федорова такие площади развиты ограничено, в целом по гайоту составляя не более 30 %, в пределах же наиболее перспективных залежей - не превышая 10 %. На гайоте Альба области совместного залегания различных типов руд достигают 50 %.
Рассмотрены условия залегания корок в пределах рудных залежей обоих гайотов с характеристикой изменения параметров. Отмечено, что выявленные для гайотов в целом закономерности прослеживаются и по рудным залежам.
Свойства корок и субстрата. Эти характеристики необходимы при оценке прогнозных ресурсов (подсчете запасов) месторождения, выявлении общих закономерностей и их изменчивости по площади, а также для установки оптимальных параметров и технических характеристик добычного агрегата с целью эксплуатации. Методами изучения являются исследования петрофизических, химических и инженерных свойств корок и их слоев, а также субстрата в результате отбора проб и их последующего лабораторного анализа.
К петрофизическим свойствам корок относятся влажность и плотность, на основе которых вычисляются другие параметры (плотность скелета, плотность минеральной части). Среднее значение плотности корок гайота Федорова несколько выше, чем для гайота Альба, в то время как среднее значение влажности - немного ниже. Это связано с большей средней мощностью корок первого из гайотов в связи с большей мощностью нижних фосфатизированных слоев в разрезе, характеризующихся повышенной плотностью и пониженной влажностью. У корок показатели плотности изменяются в интервале от 1.6 до 2.21 г/см3, пористости - от 53 до 78 %, коэффициент пористости 1.12-3.57, значения влажности находятся в пределах от 25 до 50 %. Петрофизические и инженерные свойства корок в целом определяются совокупностью свойств каждого из слагающих их слоев. Нижние фосфатизированные слои корок являются наиболее плотными и наименее влажными, в то время как верхняя часть разреза характеризуется противоположными значениями параметров, причем наименее плотной и наиболее влажной является <сухаристая> разновидность слоя III. Сходимость показателей физических свойств всех исследованных гайотов довольно высокая.
Выявлено, что прочностные характеристики у конкреций и корково-конкреционных образований выше, чем у корок (возможно, за счет присутствия в ядрах пород с высокой прочностью). Значения всех инженерных свойств характеризуются полимодальным распределением, связанным со слоистой текстурой корок и непостоянством количества и состава слоев в их разрезе, которым и присущи данные значения. Основная мода предела прочности на растяжение приходится на интервал 0.15-0.9 МПа, предела прочности на сжатие - от 2 до 8 МПа. Так, преобладание в разрезе корок нижних фосфатизированных слоев (I-1, I-2) увеличивает значения прочности испытуемых образцов. Напротив, при преобладании верхних слоев (II, III), незатронутых в значительной степени диагенетическими преобразованиями, прочность образцов снижается. Для деформационных свойств слоев также характерно снижение значений показателей от нижних слоев к верхним. Подавляющее большинство образцов показывают прочность на сжатие менее 10 МПа и лишь 10 % определений - большую. В результате проведенного районирования площадей по строению разрезов корок на гайоте Федорова было выяснено, что наибольшим распространением пользуются четырех- и трехслойные корки, характеризующиеся повышенными прочностными и деформационными свойствами.
Физико-механические свойства субстрата. Наибольшей плотностью обладают базальты, рифогенные известняки и брекчии, наименьшей - глины, вулканокластические породы (туфы, туффиты и др.) и песчаники. Наибольшая влажность присуща глинам и кокколит-фораминиферовым известнякам, наименьшая - базальтам и рифогенным известнякам. Наименьшей изменчивостью характеризуется плотность минеральной части пород. Для всех пород характерна повышенная пористость, причем наиболее высока она у глин, вулканокластических пород и кокколит-фораминиферовых известняков.
Наибольшей прочностью характеризуются базальты. Следующую по прочности группу составляют рифогенные известняки и брекчии. Еще более низкие значения характеризуют песчаники, кокколит-фораминиферовые известняки и вулканокластические породы. Наименее прочны глины. Наиболее устойчивы к деформациям рифогенные известняки, затем брекчии, базальты. Песчаники и кокколит-фораминиферовые известняки характеризуются сходными показателями. Для глин зафиксированы наименьшие значения модуля упругости.
Большинство пород субстрата является надежным основанием для разведочной и добычной техники. Исключение составляют слаболитифицированные фораминиферовые известняки, смектитизированные туфы и глины, с низкими значениями прочностных и деформационных показателей, но они не являются преобладающими и ограниченно распространены в пределах рудных залежей.
Химический состав субстрата рассматривается потому, что он может оказывать непосредственное влияние на технологический процесс переработки корок из-за вовлечения в добываемую рудную массу. Согласно исследованиям, проведенным в ЦНИГРИ, все субстраты можно разделить на два типа. К первому относятся породы с нейтральными свойствами, представленные силикатами или алюмосиликатами (базальты и вулканокластиты). Ко второму - породы, являющиеся вредными примесями, среди которых следует выделять существенно карбонатные или фосфатно-карбонатные (известняки различного генезиса) и карбонатно-силикатные или фосфатно-карбонатно-силикатные (эдафогенные брекчии и конгломераты).
Для ряда гайотов Магеллановых гор было проведено районирование залежей по типам субстратов. В целом, в различной степени неблагоприятные субстраты занимают более половины площади залежей. Наиболее перспективен в этом отношении гайот Альба, где неблагоприятные субстраты составляют чуть более четверти площади.
Гидродинамические условия. При наличии в донных агрегатах элементов конструкций с нулевой плавучестью необходимо знать направления и скорости придонных течений непосредственно над рабочим пространством, то есть в придонном слое воды. Также следует знать направление сноса неконсолидированного осадочного материала и шлама при разработке залежей. Для успешной эксплуатации частей, связывающих агрегат с добычным судном, следует иметь представления о гидродинамическом режиме водной толщи.
В главе рассмотрены особенности придонной гидродинамики, стратификация водной толщи с выделением пяти типов вод. Отмечено, что направления и скорости течений подчиняются общей системе циркуляции вод в регионе. Очевидно, что гидродинамическая активность в районе убывает с глубиной. Ни в одном из водных слоев скорости течений не превышают 70 см/с, и это, по-видимому, не станет существенно осложняющим фактором для систем коммуникаций обеспечивающего и добычного судна с агрегатом сбора.
|
