Месторождения, перспективные для отработки подземной выплавкой

Месторождения самородной серы представлены двумя генетическими типами: вулканогенным и осадочным.

Вулканогенные месторождения России приурочены к зоне Камчатско-Курильского вулканического пояса, наиболее изученными из них являются Малетойваямское и Новое, образование которых связано с метаморфизмом вулканических пород при воздействии на них газов и горячих сероводородных растворов. Руды состоят из серы, кварца и опала. Сера слагает мелкие зерна, реже выполняет трещины. Вмещающими породами служат алуниты, туфы, лавовые потоки.

Вулканогенные месторождения пространственно и генетически связаны с месторождениями термальных вод, что в перспективе позволяет использовать последние в качестве теплоносителя.

Месторождения серы в осадочных породах приурочены к известнякам и гипсоангидритам. По характеру рудных тел различают залежи: пластовые (Язовское, Немировское, Загайпольское) и сложной формы (Гаурдакское).

Типичным примером пластового месторождения, разрабатываемого методом ПВС, является Язовское месторождение серы (рис. 18, 19).

В общем структурном плане оно приурочено к зоне сочленения платформы с Предкарпатским краевым прогибом. Вдоль внешней зоны прогиба прослеживается крупная антиклинальная структура, ось которой погружается в северо-западном направлении. К своду и крыльям этой структуры приурочены залежи серы. Глубина залегания серных руд на юго-востоке составляет 65 м; к северо-западу она увеличивается до 300 м и более.

Рудная залежь приурочена к известнякам ратынского горизонта (верхнетортонский ярус неогена) и пространственно совпадает с их развитием. Подстилающими породами являются гипсы, а в некоторых случаях — органогенные известняки литотамниевого горизонта. Местами в подошве отмечаются линзы глин и песчаников. Над серными рудами обычно прослеживается прослой неосерненных известняков мощностью 1—1,5 м, выше залегает мощная толща песчано-глинистых отложений косовской свиты. В нижней ее части прослеживается слой алевритов и тонкозернистых песчаников на глинисто-карбонатном цементе мощностью от 1 до 10 м; выше идут однородные мергелистые глины.

Четвертичные отложения представлены делювиальными суглинками мощностью до 10 м, а в долинах рек — аллювием мощностью до 20 м,

В своде структуры рудоносные известняки залегают практически горизонтально, а в крыльях — наклонно; под углом 3—8° в юго-восточном и 10—18° в северо-западном крыльях.

Месторождение состоит из Северной, Главной и двух небольших южных залежей. Главная залежь, где глубина до руды составляет от 65 до 120 м, отрабатывается открытым способом, а Северная залежь — методом подземной выплавки. Руды здесь находятся на глубине от 140 до 425 м. Контуры залежи сложные, извилистые. Характерны пережимы рудной мощности до нуля; часто отмечаются линзы и крупные участки неосерненных известняков; в то же время встречаются раздувы рудного тела до 30 м.

Основными типами серных руд являются: по структуре — скрыто- и явнокристаллическая; по текстуре — рассеянная, вкрапленная и вкрапленно-прожилковая. Другие типы руд имеют подчиненное значение. В пределах Северной залежи приблизительно 20% руд относятся к легковыплавляемым, 40% — к средним, и 40% — к трудновыплавляемым.

С гидрогеологической точки зрения месторождение относится к Предкарпатскому артезианскому бассейну. Основными водоносными горизонтами являются литотамниевый, приуроченный к регионально распространенным трещиноватым известнякам, и ратынский, являющийся рудосодержащим. Они разделены гипсами, которые местами выклиниваются, образуя гидравлические окна, связывающие горизонты.

Известняки литотамниевого горизонта на юге и востоке выходят на поверхность или под четвертичные отложения. Здесь находятся региональные области питания и разгрузки водоносного горизонта. Химический состав подземных вод месторождения изменяется от гидрокарбонатно-кальциевого в области выхода на поверхность до сульфатно-кальциевого в погруженных частях. Соответственно составу увеличивается общая минерализация от 200 мг/л до 4—5 г/л; с глубиной в подземных водах увеличивается содержание сероводорода, от следов до 150—200 мг/л.

Естественный режим подземных вод в настоящее время нарушен работой водопонизительной системы карьера и закачкой теплоносителя на участках ПВС. На сегодняшний день областями питания, кроме участков выхода известняков на поверхность, являются и участки ПВС; очагом разгрузки является карьер с его водопонизительными скважинами.

Гидродинамические параметры рудосодержащего водоносного горизонта изменяются в широких пределах. В Северной залежи водопроводимость изменяется от 0,4 до 140 м2/сут, пьезопроводность— от 3*10в4 до 10в6 м2/сут. Преобладают значения водопроводимости от 1 до 10 м2/сут. Обводненность пласта связана с наличием трещин, кавернозности и карстовых полостей. Чаще всего закарстованность отмечается вдоль кровли и почвы пласта; реже встречаются полости внутри осерненных известняков. Запасы, пригодные для выплавки, составляют около 25% от общих запасов месторождения.

Совершенно аналогичное геологическое строение и гидрогеологические условия имеет Немировекое месторождение серы, расположенное в нескольких километрах к западу от Язовского.

Загайпольское месторождение расположено в юго-восточной части Предкарпатского сероносного бассейна. Наиболее древними отложениями, вскрытыми на территории месторождения, являются известняки туронского яруса верхнего мела. На их размытой поверхности залегают породы неогеновой системы: нижнетортонский подъярус, представленный кварц-глауконитовыми песчаниками мощностью до 5 м и верхнетортонский подъярус, подразделяемый на тирасскую и косовскую свиты (рис. 20).

Тирасскую свиту в нижней части слагают гипсы и ангидриты мощностью до 40 м, выше залегают сероносные известняки мощностью до 29,0 м — днестровский горизонт.

В кровле тирасской свиты залегают плотные известняки мощностью от 1—2 до 18—19 м — ратынский горизонт.

Косовская свита состоит из темно-серых аргиллитоподобных глин с прослоями алевролитов, песчаников, в нижней части туфов и туфопесчаников. Мощность отложений 200—250 м. Четвертичные отложения представлены суглинками, лесками и галечниками. Мощность галечников достигает 15 м, общая мощность четвертичных отложений 30 м.

Отличительными особенностями Загайпольского месторождения является гидрогеологическая закрытость и низкая проницаемость руд. Последнее обстоятельство чрезвычайно затрудняет применение обычной технологии подземной выплавки серы. Аналогичны Загайпольскому разведываемые Гривненское и Шевченковское месторождения.

Существенно отличается от Язовского, а также от отрабатываемых методом ПВС зарубежных месторождений Гаурдакское месторождение серы (рис. 21).

Оно приурочено к крылу Гаурдакской брахиантнклинали, представляющей собой асимметричное поднятие с амплитудой порядка 2000 м. В ядре поднятия залегают известняки гиссарской свиты мощностью 800—1000 м. На неровной, разбитой тектоническими нарушениями на отдельные блоки поверхности гиссарской свиты залегают отложения гаурдакской свиты, представленные ангидритами, гипсоангидритами и известняками маркирующего горизонта. Последние представляют собой один-два пласта мощностью от 1 до 30 м. К гаурдакской свите приурочены залежи серных руд, пространственно и генетически связанные с положением кровли гиссарской свиты и известняков маркирующего горизонта. В разрезе выделяются обычно от одной до трех залежей серных руд, разделенных ангидритами. Нижняя залежь располагается непосредственно над кровлей гиссарских известняков, остальные связаны с маркирующим горизонтом. На отдельных участках, приуроченных к крупным разломам и их пересечениям, залежи сливаются в одну, приобретая столбообразную и грибообразную формы. Гаурдакская свита перекрыта толщей четвертичных конгломератов и глин мощностью от нескольких метров до 200 м.

В плане месторождение подразделяется на пять участков. Внешние контуры залежей имеют сложную извилистую форму, внутри залежей встречаются безрудные участки. Залежь участка II, отрабатываемая в настоящее время методом ПВС, приурочена к системе крупных разломов. Она погружается по падению кровли гиссарских известняков под углом 18—20°. На большей площади залежь имеет двухслойное строение, мощность каждого слоя изменяется от 3—5 до 20 м. Вдоль разлома наблюдается объединение обеих залежей в единое рудное тело мощностью 40—100 м и более.

Руды месторождения представлены двумя основными типами: а) метасоматические руды нижнего горизонта, сформировавшиеся в результате замещения ангидрита серой и вторичным кальцитом и б) наложенное осернение известняков маркирующего горизонта, образовавшееся вследствие выполнения кальцитом, гипсом и серой каверн, трещин и карстовых полостей в известняках. Основными минеральными компонентами руд являются самородная сера, кальцит и гипс.

Метасоматические руды содержат преимущественно мелкозернистую серу массивной, полосчатой, сетчатой, брекчиевидной текстур. Наложенное осернение представлено крупнозернистой серой с пятнистой, грубополосчатой, вкрапленной, кавернозной текстурами.

Наиболее обводненными породами являются залежи серных руд, образующие сложный по форме, но гидравлически единый водоносный горизонт. Верхним водоупором служат ангидриты гаурдакской свиты; нижним — слабопроницаемые известняки гиссарской свиты. На большей площади водоносный горизонт подразделяется ангидритами на два горизонта. В приподнятой части залежи над верхним горизонтом руд почти повсеместна .прослеживаются обводненные кавернозные известняки, не содержащие серы.

Карстовые полости имеют размеры по вертикали от 0,5—1,0 до 10 м и более; местами провалы бурового инструмента достигают нескольких десятков метров, Карст наиболее развит у кровли залежи, а местами в покрывающих ангидритах на контакте с рудами. Это сложная система пещер, протягивающаяся от самых глубоких участков залежей до их выхода па поверхность.

Пластовые воды представляют собой хлоридно-натриевый рассол с минерализацией от 70 до 150 г/л, плотностью 1,08— 1,125 г/см3 и температурой 28—32° С. Содержание сероводорода достигает 500 мг/л. В естественных условиях водоносный горизонт имел режим артезианского склона. В настоящее время питание осуществляется за счет нагнетания теплоносителя, разгрузка — в карьеры, а также в виде источников и путем самоизлива скважин.

Указанные гидрогеологические условия обусловливают высокую приемистость серодобычных скважин (до 200 м3/ч), распространение теплоносителя узкими языками по направлению восстания пласта и основных тектонических нарушений, потери расплавленной серы на заполнение карстовых полостей, быстрое остывание отработанных залежей в результате вторжения холодных пластовых вод, а также ряд других технологических особенностей процесса ПВС.

Битум. Месторождения битумов широко распространены в районе Волго-Уральской нефтеносной провинции и ряде других районов России. Битумы приурочены к песчаным и карбонатным коллекторам уфимского и казанского ярусов верхней перми и прослеживаются на огромных площадях. Битуминозные пласты залегают на глубине 80—100 м. В качестве примера приведем характеристику разреза Юлтемировского участка в Tатарчтане (г. Бугульма).

Казанский ярус состоит из трех горизонтов. В верхней части разреза залегают глины, алевролиты и известняки (до 14 м) барбашинского горизонта, под ними мергели с прослоями известняков (35—36 м) кампшлинского горизонта. Еще ниже прослеживаются органогенные известняки, а затем лингулловые глины байтуганского горизонта.

Уфимский ярус представлен чередованием песков и глин, относящихся к шешминскому горизонту, В верхней части, под слоем лингулловых глин прослеживаются битуминозные песчаники мощностью до 20 м, разделенные прослоем глин и алевролитов на два пласта. Ниже расположен слой глин с редкими прослоями известняков общей мощностью 23 м, под которыми залегает еще один пласт битуминозных песчаников (8,5 м). Последние подстилаются кавернозным известняком сакмарского яруса нижней перми.

Содержание битума в песчаниках шешминского горизонта различно. Верхний пласт, сложенный мелкозернистыми крепкими песчаниками на карбонатном цементе, насыщен битумом неравномерно, в соответствии с неоднородностью коллекторских свойств. Нижний пласт мощностью 6—7 м отличается высокой и равномерной битуминозностью; залегание пласта слабонаклонное.

Озокерит. Залежи озокерита генетически и пространственно связаны с нефтяными месторождениями, В месторождении Шор-Су озокерит пропитывает трещины и поры пласта известняков мощностью около 10 м, залегающего под углом 70—80° среди глин. На Бориславском месторождении озокерит пропитывает песчано-глинистые породы. Содержание озокерита составляет 1—3%. Здесь планируются опытные работы по добыче озокерита подземной выплавкой.

Асфальтит. Единственным разрабатываемым месторождением асфальтитов в России является Садкинское, запасы которого почти исчерпаны. Ивановское месторождение, расположенное в Оренбургской области, представляет собой жилу чистого асфальтита мощностью от 0,5 до 7 м, залегающую на глубине от 50 до 400 м. Вмещающими породами являются гипс, ангидрит, в зоне контакта отмечаются пирит и каменная соль. Асфальтиты по составу и свойствам близки к твердым битумам. При нагреве до 80—100°C они становятся пластичными, при 150° С — вязко-пластичными, в интервале 180—200° С приобретают свойства жидкости с вязкостью 0,075—0,28 Па*с. Это определяет перспективность добычи асфальтита подземной выплавкой.