Роль процессов фильтрации в образовании рудных месторождений


До настоящего времени нет унифицированной специальной аппаратуры для изучения фильтрационных процессов в широком интервале термодинамических условий. Исследования проведены нами на значительно измененной установке УИЛК-1М. На основе указанной модели была сконструирована новая трехкамерная фильтрационная установка. Конструкция экспериментальной трехкамерной установки представляет собой проточную систему с использованием ненарушенного монолита горной породы. Система является открытой, где температура, давление, концентрация и состав раствора - независимые переменные, Каждая из камер установки позволяет проводить эксперимент при температуре до 300°С и рабочем давлении до 600 атм. Фильтрация раствора происходит под воздействием давления на раствор в условиях всестороннего сжатия каркаса породы, превышающем флюидное давление, а давление на выходе раствора равно 1 атм.

Для изучения химического взаимодействия раствора с породами и определения их осадительной способности использован проточный реактор нашей конструкции. Используемая экспериментальная модель может быть сопоставима о фильтрацией растворов в зонах катаклаза и трещиноватости. Установка позволяет проводить эксперимент в условиях агрессивных сред о использованием углекислоты, в температурном интервале до 400°С и давлении до 600-800 атм. Время эксперимента 500 ч и более.

Исследования проводились определением влияния физических свойств пород (проницаемости, общей и эффективной пористости, упругих и проточных свойств, степени катаклаза, скорости фильтрации и удельной поверхности), влияния давления и температуры, петрохимического состава пород на динамику растворов и характер оруденения. Результаты изучения влияния состава пород на осаждение рудного вещества и фильтрации растворов позволяют дополнить характеристику поисковых критериев некоторых месторождений и по-новому осветить один из важнейших разделов теории рудообразования - пути движения рудоносных растворов.

Экспериментальные работы главным образом базируются на геологическом материале одного из месторождений ураново-натриевой формации и нескольких идентичных рудопроявлений. Характер метасоматического изменения пород, при котором наблюдаются постепенные переходы от неизмененных пород к альбититам, отложение нерудных компонентов и рудного вещества в виде прожилков и вкрапленности, в сопоставлении с экспериментальными данными позволяют предполагать, что движение растворов и, следовательно, отложение рудного вещества могло происходить следующими путями: а) фильтрацией по микро- и ультратрещинам и перовым каналам; б) фильтрацией по открытым трещинам в зоне разломов и в) диффузионным путем.

Изучение характера и особенностей процесса альбитизации позволяет утверждать, что химические и физико-механические свойства пород играли весьма существенную роль в процессе метасоматоза и рудообразования. Приуроченность оруденения к темноцветным минералам - эгирину, рибекиту, хлориту свидетельствует о существенной роли этих минералов в локализации оруденения. Сочетание мелкой трещиноватости, катаклаза и зон метасоматоза, обусловивших повышенную проницаемость пород, а также наличие в них темноцветных минералов, способствующих развитию обменных реакции между породой и раствором, создают наиболее оптимальные условия для движения растворов и отложения рудного вещества.

Как известно, роль давления в дереносе и отложений вещества значительна. Именно вследствие разности давлений на породу и раствор и наличия градиента флюидного давления в поровых системах возможно движение растворов. Формирование и перемещение растворов происходит в условиях пластических деформаций гарных пород, сущностью которых является анизотропия физических свойств и распределения давлений. Давление на породы (геостатическое давление) сложное и зависит от тектоно-физических напряжений, связанных с движениями земной коры, весом вышележащих пород, гравитационными силами, изменением температуры и другими геологическими факторами. Влияние геостатического или всестороннего давления на объемную скорость фильтрации моделировалось увеличением или уменьшением всестороннего сжатия (при постоянной величине давления на раствор 200 кгс/см2), что позволяет судить о характере изменения проницаемости пород. С увеличением всестороннего давления проницаемость горных пород уменьшается (табл. 3).

Таким образом, в зависимости от напряжения пород, тектоно-фазических сил и нагрузки вышележащих пород определяется проницаемость пород и динамика растворов. По этим данным можно выделить область свободного движения растворов, с большой проницаемостью и область с низкими коэффициентами проницаемости, характеризующую оптимальные физико-химические процессы взаимодействия растворов с вмещающими породами. Можно полагать, что границу раздела областей следует рассматривать как структурно-литологический экран, благоприятный для процессов минералообразования и рудоотложения. От температуры и давления зависят все основные физические свойства флюидов и пород. Теплообмен в норовых системах находится в прямой зависимости от теплопроводности горных пород. Важнейшей частью проблемы рудообразования является определение оптимальных областей фильтрации. По нашим данным (табл. 4), устанавливается уменьшение проницаемости пород о увеличением глубины их залегания.

Такая закономерность отчетливо видна, если сопоставляются петрографически однотипные разности пород, измененные и катаклазированные в одинаковой мере. Давление, испытываемое породами при метаморфизме, изменяется в широких пределах и определяется глубиной их залегания. Однако прямой зависимости между давлением на минерала и давлением растворов не обнаруживается. К настоящему времени накоплено крайне мало фактического материала о влиянии глубины залегания на пористость и проницаемость пород и их связь с оруденением. Из проведенных нами определений следует, что иногда породы, залегающие на больших глубинах, могут иметь значительно большую проницаемость, чем аналогичные породы верхней части разреза. Такие долгоживущие зоны проницаемости связана со скрытыми глубинными разломами и могут быть выявлены глубокими картировочными или поисковыми скважинами.

Наличие участков высокой проницаемости внутри толщи петрографически однотипной породы независимо от глубины ее залегания позволяет выделять активные зоны процесса, что составляет структуры фильтрации. Для этих участков можно определить направление движения растворов и соответственно направление миграции рудного вещества и таким образом использовать эти данные как поисковый критерий. Следовательно, можно утверждать, что массивы горных пород характеризуются неоднородным полем проницаемости и пористости, а распределение рудных тал контролируется зонами высокой проницаемости.

Важнейшую роль в формировании флюидопроводности, как известно, играет гидроразрыв. Qh заключается в том, что при значительном повышении давления в пласте происходит коренное изменение фильтрационных свойств пород, происходит разрыв трещин, ведущий к выравниванию давления. Повышение внутрипорового давления до величин, превышающих гидростатический напор, не только содействует миграции, но и активно формирует через гидроразрыв микро-и макропути миграции.

3 результате проведенных комплексных экспериментальных исследований сделаны следующие выводы.

1. Фильтрация растворов в породах зависит от многих величин, в первую очередь от проницаемости, общей и эффективной пористости, степени катаклаза и упругих констант.

2. Породы, залегающие на больших глубинах, могут иметь значительно большую проницаемость, чем аналогичные породы, залегающие в верхней части разреза, что связано с наличием зон высокой проницаемости, или так называемых структур фильтрации?

3. По данным исследования фильтрационных свойств пород в рудных районах установлена приуроченность зон высотой проницаемости и структур фильтрации к дизъюнктивным нарушениям.

4. Зоны высокой проницаемости служат, путями движения рудных растворов, а характер изменения проницаемости в них определяет направление движения растворов и места развития оруденения. Высокопроницаемые зоны (структуры фильтрации) выявляются путем построения профилей проницаемости, что может быть использовано для генетических построений и для определения направления поисковых и оценочных работ на выявленных рудопроявлениях.

6. С увеличением температуры проницаемость горных пород возрастает. Геостатическое давление в отличие от температурного фактора замедляет фильтрацию растворов, что может приводить к образованию барьеров низкой проницаемости и созданию структурных экранов, пережимов, приводящих к концентрации рудных компонентов.

6. Проницаемость и пористость пород уменьшаются с увеличением степени метаморфизма. Метасоматический процесс ведет к увеличению пористости и проницаемости горных пород.

7. Формирование уранового оруденения в альбититах происходит в тектоно-метасоматических зонах высокой проницаемости с высоким рудообразущим фильтрационным эффектом. Вкрапленный и прожилковый характер рудных концентраций обусловлен особенностями фильтрационных свойств рудовмещающих пород.

8. По результатам моделирующих экспериментов, наиболее благоприятны для осаждения урана из раствора амфиболиты, амфибол-гранатовые сланцы графитовые гнейсы, углистые сланцы, магнетитовые кварциты.

Развитие экспериментальных исследований в области фильтрации углубляет и расширяет наши представления об условиях формирования месторождений, связанных с циркуляцией термальных растворов.

Полученные материалы по изучению условий фильтрации гидротермальных растворов и отложению рудного вещества способствуют углубленному изучению закономерностей формирования урановых месторождений и дают дополнительную информацию при решении практических задач локализации оруденения.





Яндекс.Метрика