Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Криворожский железорудный бассейн

Криворожский железорудный бассейн расположен на правобережье р. Днепра в системе р. Ингульца. Криворожская свита железистых пород протерозойского возраста в виде узкой полосы север-северо-восточного простирания прослеживается на протяжении около 100 км. Ширина полосы в районе Кривого Рога достигает 5-6 км. Далее к северу эта полоса железистых пород через Пепельнастовское месторождение и Кременчугскую аномалию прослеживается еще не менее, чем на 100-120 км. Криворожская свита кристаллических сланцев и железистых кварцитов зажата среди архейских гранитов, гнейсов и залегающих на них зеленокаменных пород (измененные эффузивы). Сверху на всей площади Криворожского бассейна развит плащ палеогеновых, неогеновых и четвертичных отложений мощностью 60-80 м.

Криворожская свита пород протерозойского возраста залегает трансгрессивно с резким угловатым несогласием на породах архея.

Она делится на три отдела: нижний - аркозово-филлитовый или глинисто-песчаный; средний - рудоносный отдел, представленный железистыми роговиками и кварцитами, перемежающимися с амфиболовыми и хлоритовыми сланцами, и верхний - глинисто-сланцевый надрудный.

Геологическая структура Криворожского бассейна очень сложная. Основной структурной единицей является Криворожский синклинорий, осложненный рядом крупных синклиналей и антиклиналей и многочисленными разрывными нарушениями, из которых наиболее крупными являются Саксаганский (южная часть бассейна) и Западный надвиги. Кроме крупных тектонических дислокаций в бассейне широко развиты более мелкие тектонические нарушения: сбросы (особенно в северной части бассейна), изоклинальная складчатость, плойчатость и др. Интенсивная складчатость обусловливает многократный выход под наносы одних и тех же железистых горизонтов в виде параллельных полос или пластов. Пласты падают преимущественно на запад под углом от 30 до 75°. Поперечная складчатость обусловила волнистость шарниров, которая определяет выход замковых частей складок на дневную поверхность в районе г. Кривого Рога и погружение их под углом 15-20° к северу.

Железистые породы среднего отдела - железистые роговики и кварциты (джеспилиты) - представляют собой тонко полосчатые породы, состоящие из чередующихся рудных и нерудных прослойков мощностью обычно 1-5 мм. Рудные прослойки сложены преимущественно мартитом, магнетитом, гематитом и гидрогематитом с подчиненным количеством кварца, хлорита, амфибола и др. Нерудные прослойки состоят из тонкозернистого кварца (80-90%) и содержат вкрапленность магнетита или мартита. Содержание железа в описанных породах колеблется в пределах 25-45%. В железистых роговиках содержание железа меньше, чем в кварцитах, которые представляют собой бедные железные руды, требующие обогащения.

Среди железистых роговиков и кварцитов располагаются залежи богатых сплошных железных руд. В бассейне насчитывается около трехсот рудных залежей различных форм и размеров. До 80% всех запасов богатых руд Криворожского бассейна сосредоточены в железистых горизонтах II Саксаганского пласта. Залежи богатых железных руд приурочены обычно к шарнирам складок, к зонам смятия или дробления на крыльях складок. Намечается наличие цепочек рудных залежей или поперечных поясов, охватывающих ряд горизонтов. Эти пояса связаны с поперечными изгибами пород.

Рудные залежи подчинены по условиям залегания вмещающим их породам и уходят на значительные глубины. По падению наблюдается резкое изменение форм и размеров отдельных залежей, их выклинивание и появление новых залежей. Наиболее широко распространены залежи столбообразной неправильной формы, приуроченные к крыльям складчатых структур, менее распространены штокообразные залежи, связанные главным образом с шарнирами крупных синклинальных структур. Размеры залежей по простиранию от 100-500 до 1000 м, мощность их колеблется от 10-30 до 100 м, прослеженная глубина распространения 600-800, иногда до 1400 м. Широко развиты также пластообразные залежи, развитые как среди пород среднего отдела, так и на границе среднего и верхнего отделов. Эти залежи прослеживаются иногда на несколько километров по простиранию при мощности 10-15 м и большой протяженности на глубину.

В Криворожском бассейне выделяют три рудных поля: 1) Саксаганское или Центральное; 2) Северное с широким проявлением процессов щелочного метасоматоза; 3) Южное (Ильичевское) с преобладанием пластообразных залежей, приуроченных к основанию верхнего отдела. Наибольшие запасы (до 90%) железных руд сосредоточены в пределах Центрального рудного поля, расположенного на восточном борту Главной синклинали.

Богатые сплошные руды бассейна имеют сланцеватую и плойчатую текстуры, сходные с реликтовыми текстурами вмещающих железистых кварцитов и роговиков, в которые руды постепенно переходят по периферии рудных залежей. Среди богатых руд наиболее распространены гематитовые (мартитовые) руды. Они составляют более 50% запасов бассейна, а вместе с мартито-гематито-красковыми (с гидрогематитом) и красковыми рудами - до 90% общих запасов. Содержание железа в богатых рудах от 46 до 68%, серы - 0,05%, фосфора - 0,02 - 0,09%, марганца - до 0,45%, иногда присутствует ванадий. Содержание кремнезема в рудах обычно менее 14%.

Значительно менее распространены магнетитовые руды, развитые главным образом в Северном рудном поле. Здесь залежи сложены преимущественно амфиболо-магнетитовыми рудами. Они обычно содержат примесь мартита и гематита.

Запасы богатых руд Криворожского бассейна составляют около 2 млрд. т. Добыча богатых руд производится преимущественно шахтным способом и достигает нескольких десятков миллионов тонн в год. Средняя глубина разработки рудных залежей 250 - 360 м. Проектная глубина действующих шахт до 700 м, а шахт, закладываемых для реконструкции рудников, - 1000-1200 м.

С 1955 г. начали разрабатывать железистые кварциты, на базе которых сейчас работает несколько крупных горно-обогатительных комбинатов. Железистые кварциты разрабатываются открытым способом при бортовом содержании железа в магнетитовых разностях 25% и в гематит-мартитовых разностях - 32%. Запасы железистых кварцитов Кривого Рога составляют 19 млрд. т.

Общепринятым является представление о первично осадочном происхождении железистых скоплений, позднее метаморфизованных с образованием магнетита, гематита, кварца, амфиболов, биотита, хлорита и других минералов. Формирование залежей богатых руд одними исследователями связывается с гипогенными, другими - с гипергенными процессами.

В доказательство гипогенного происхождения богатых руд рядом геологов приводятся следующие факты: тесная пространственная приуроченность залежей богатых руд к участкам складчато-трещинных деформаций пород, наличие на глубине слепых рудных залежей, смена мартитовых руд магнетитовыми ниже зоны окисления в пределах одной залежи, продолжение одних и тех же рудных прослоев из вмещающих пород в рудные тела и др. Согласно этой гипотезе, залежи богатых руд образовались в Кривом Роге главным образом в результате деятельности щелочных растворов магматического или метаморфического происхождения, которые выносили кремнезем из железистых кварцитов и других железистых пород, обогащая таким образом породу железом. Наиболее проницаемыми для растворов являлись трещиноватые участки железистых пород, приуроченные к шарнирам складок или к поперечным флексурообразным перегибам; с теми и другими связана большая часть залежей богатых руд Кривого Рога. Впоследствии магнетитовые руды подверглись окислению и были превращены в мартитовые руды нередко на значительную глубину - до 1000-1400 м, обычно на глубину от 30-35 до 150-200 м.

Сторонники гипергенного образования богатых руд считают, что залежи их образовались в результате длительного и интенсивного континентального выветривания железистых пород в связи с глубокой циркуляцией метеорных вод.

В результате исследований последних лет геологи, изучающие Криворожский бассейн, приходят к выводу о сложном и многостадийном генезисе залежей богатых руд. При этом не отрицается существенная роль гипергенных процессов как при окислении магнетитовых руд в мартитовые, так и при непосредственном образовании некоторых залежей богатых руд.

2. Славянско-артемовский соленосный бассейн

Славянско-Артемовские бассейны находятся в Донецкой области Украины и составляют лишь небольшую часть крупного соляного бассейна, образованного соленосными отложениями нижней перми и приуроченного к Днепровско-Донецкой впадине. Соленосные отложения залегают от г. Чернигова до г. Артемовска, но детально изучены и эксплуатируются лишь в Славяно-Бахмутской котловине. Соляные ключи известны здесь с очень давних времен, ископаемые же каменные соли открыты в 1871 г. и разрабатываются с 1876 г., калийные соли впервые обнаружены лишь в 1960 г.

Славянско-Бахмутская котловина принадлежит к юго-восточной части Днепровско-Донецкой впадины и представляет собой широкий и глубокий прогиб в кристаллическом фундаменте, выполненный мощной толщей девонских, каменноугольных и пермских отложений, прикрытых трансгрессивно залегающими мезозойскими и кайнозойскими осадками.

В основании нижнепермских отложений находятся породы свиты медистых песчаников (картамышской), залегающие на араукаритовой свите верхнего карбона и образованные аргиллитами, алевролитами и песчаниками с прослоями и пластами известняков и доломитов; мощность свиты 500-1200 м. Соленосны залегающие выше никитовская, славянская и краматорская свиты.

Никитовская свита (мощность 180-250 м) залегает на картамышской согласно и связана с ней постепенными переходами; сложена она аргиллитами и алевролитами, содержит фаунистически охарактеризованные пласты карбонатных пород, а также 4 пласта каменной соли, из которых 2 пласта мощные (20-25 и 50-65 м).

Славянская свита (мощность 400-600 м) сложена преимущественно-каменной солью и ангидритами, но включает также пласты терригенных пород и четыре пласта карбонатных пород, выделяемых в качестве маркирующих горизонтов. В нижней части свиты присутствует от 6 до 9 пластов и пропластков каменной соли небольшой мощности. Выше, на втором и третьем маркирующих горизонтах, лежат Подбрянцевский и Брянцевский пласты (мощность 40-60 и 32-43 м), а под четвертым горизонтом - Надбрянцевский (мощностью 22 - 44 м) пласт каменной соли. К верхней части свиты приурочено несколько красносельских пластов каменной соли, из которых 2 мощностью до 20-30 м.

Краматорская свита (вскрытая мощность 475-500 м) завершает разрез нижнепермских отложений; в ее составе участвуют ангидриты, алевролиты, песчаники, галопелиты, но преобладает каменная соль, среди которой обнаружены 3 пласта сильвинитов мощностью от 3,35 до 5,5 м и в верхней части свиты - до 8 пластов карналлитовой, карналлито-галитовой и сильвино-карналлитовой породы и сильвинита мощностью от 0,5 до 2,7 м Общая мощность нижнепермских отложений Славяно-Бахмутской котловины 1600 м. Залегают они на глубинах до 2-3 км, участвуют в строении составляющих котловину синклиналей и антиклиналей и имеют пологое падение (до 10°).

Каменная соль мощных пластов (Подбрянцевский, Брянцевский, Надбрянцевский) отличается высоким качеством и содержит NaCl 97,5-98,5%, CaS0₄ 0,9-2,0%, нерастворимого остатка 0,1 - 0,6%. В Брянцевском пласте слои чистой каменной соли (мощность 8-12 см) чередуются с тонкими (1-5 мм) глинисто-ангидритовыми прослоями.

Сильвиниты краматорской свиты сложены водяно-прозрачным и синим галитом, опаловидным, и в небольшом количестве розовым сильвином, в них постоянны примеси глинистого вещества, ангидрита и доломита. Содержание КС1 изменяется от 15,4 до 31,5%. В сильвинито-карналлитовой породе содержание карналлита достигает 9%, а в карналлитовой породе - до 50-52% и более.

Запасы каменной соли определяются миллиардами тонн. Подземным способом разрабатываются Артемовское и Новокарфагенское месторождения, эксплуатируются соляные источники. Соль используется как пищевая, так и в качестве сырья для химической промышленности. Условия распространения и возможности эксплуатации калийно-магниевых солей изучаются.

железорудный синклинорий соленосный бассейн

3. Донецкий каменноугольный бассейн

Донецкий бассейн располагается на юге европейской части, в пределах Днепропетровской, Донецкой, Луганской областей Украины и Ростовской области России и занимает площадь 60 тыс. км² (в пределах Украины 50 тыс. км²). Он вытянут в субширотном направлении на 650 км при максимальной ширине до 200 км (рис. 9, 10). Бассейн является основной сырьевой и топливной базой Украины, промышленная добыча угля здесь ведётся с 1795 г. По качеству и технологическим свойствам угли бассейна весьма разнообразны и занимают весь метаморфический ряд от бурых до антрацитов. По общей добыче углей, в том числе коксующихся, бассейн занимает первое место в стране. В 1973 г. 268 шахт выдали 220 млн. т угля. Промышленная угленосность Донецкого бассейна приурочена к каменноугольной геосинклинальной угленосной формации краевого (передового) прогиба. Бассейн относится к полуоткрытому типу.

Стратиграфия и литология. В строении Донецкого бассейна принимают участие докембрийские, палеозойские, мезозойские и кайнозойские отложения. На размытой поверхности кристаллических пород докембрия залегает мощная палеозойская толща, в составе которой выделяются девонские, каменноугольные и пермские отложения.

Девонские породы (верхнего отдела), мощностью 700-900 м, состоят из неугленосных карбонатно-вулканогенно-терригенных пород: известняков, сланцев, песчаников, туфов, базальтов и т.д. Выше согласно залегает угленосная формация карбона, подразделяемая на три отдела. В нижнекаменноугольных отложениях мощностью от 1300 до 3000 м установлены породы всех трех ярусов: турнейского, визейского и намюрского. Турнейский и нижняя часть визейского ярусов состоят из морских известняков мощностью 300-500 м, переходящих выше в песчано-глинистую толщу с редкими пластами и слоями известняков и углей. Средний карбон, мощностью 2200 - 7000 м, представлен преимущественно песчано-глинистыми породами, пластами известняков и углей. Эта часть разреза характеризуется максимальной угленосностью. Заканчивается разрез каменноугольной системы отложениями верхнего отдела, состоящими из песчано-глинистых пород, тонких слоев известняка и пластов углей.

Мощность отдела меняется от 600 до 2500 м.

Накопление угленосной каменноугольной формации происходило непрерывно на фоне медленного и неравномерного опускания территории Донецкого бассейна. Мощность угленосной толщи с северо-запада на юго-восток и от периферии к центру постепенно увеличивается от 4 до 12 км. Угленосная формация состоит в основном из песчаников, алевролитов и аргиллитов с подчиненным количеством известняков и углей. Количество известняков и их мощность возрастают в северо-восточном направлении. По данным литологии, органическим остаткам, угленосности и ритмичности угленосная формация подразделяется на 15 свит: 5 свит в нижнем отделе карбона, 7 в среднем и 3 в верхнем отделе. Каменноугольная угленосная формация согласно перекрывается пермскими отложениями нижнего отдела, представленными медистыми песчаниками (до 1000 м), глинисто-доломитовой толщей (до 800 м) и соленосной, толщей (до 600 м). Выше залегают красноцветные терригенные отложения - чередование песчаников, алевролитов, аргиллитов и конгломератов, условно относимые к верхнепермским.

Решением VIII Международного конгресса по стратиграфии и геологии карбона в 1975 г. внесены изменения в расчленение каменноугольных отложений Донбасса, в результате чего отделы донецкого карбона стали иметь расчленение на свиты: нижний - 4 (С¹₁ - С⁴₁), средний -8 (С⁵₁-С⁷₂), верхний 4 (С¹₃ - С³₃ и картамышская свита до известняка Q₈).

Тектоника. Донецкий бассейн, вытянутый в близширотном направлении, в структурном отношении представляет собой крупный синклинорий, расположенный между Украинским кристаллическим массивом и Воронежской антеклизой. Эта структура осложнена Системой складчатых структур более мелкого порядка, вытянутых параллельно длинной оси синклинория. Почти в центральной части бассейна выделяется Главная антиклиналь, разделяющая его на северную и южную части. Антиклиналь характеризуется почти симметричным строением с крутыми углами падения крыльев - до 70-80°. К северу и югу от Главной антиклинали располагаются соответственно Главная и Южная синклинали. В результате менее отчетливо выраженной поперечной складчатости оси указанных складок испытывают поднятие и погружение. Южная синклиналь, например, разделяется с востока на запад на Шахтинско-Несветаевскую мульду, Чистяковскую синклиналь и Кальмиус-Торецкую котловину. В свою очередь, Главная синклиналь подразделяется на Боково-Хрустальскую синклиналь, Бахмутскую котловину, Должано-Сулинскую синклиналь и Садкинскую котловину.

Складчатые структуры осложнены поперечными дизъюнктивными нарушениями. Поперечные нарушения представлены сбросами небольшой протяженности с амплитудами порядка первых метров на площади Старого Донбасса и более крупными (до 400 м) в районах Большого Донбасса. Продольные нарушения выражены надвигами. Они имеют амплитуды от нескольких метров до 2 км и значительную протяженность - до десятков километров. Например, Северодонецкий надвиг в северной части бассейна имеет протяженность более 200 км и амплитуду до 2 км.

Метаморфизм. Донецкий бассейн является классическим примером проявления регионального метаморфизма, где наблюдается вся гамма углей от бурых до антрацитов включительно. Степень метаморфизма углей возрастает с глубиной (по правилу Хильта), параллельно увеличению мощности угленосной формации - с северо-запада на юго-восток и с севера на юг и, наконец, с возрастанием современной вертикальной глубины залегания. Одновременно с метаморфизмом углей изменяется и степень литификации вмещающих их пород.

В юго-восточной зоне Донецкого бассейна распространены антрациты и тощие угли, заключенные среди плотных песчаников, аргиллитов и глинистых сланцев; в промежуточной субгеосинклинальной зоне среди аргиллитов, алевролитов и слабо литифицированных песчаников залегают каменные угли средней (Ж-К-ОС) и низкой (Д-Г) степеней метаморфизма. К субплатформенной зоне формации, слагающей периферийные части Большого Донбасса, приурочены угли бурые и переходные к длиннопламенным, залегающие среди рыхлых песчано-глинистых осадков.

Угленосность. В угленосной формации Донецкого бассейна насчитывается около 300 угольных пластов и пропластков, из них примерно 100 имеют рабочую мощность (свыше 0,45 м). В основном преобладают тонкие рабочие пласты, в среднем имеющие мощность 0,70 м; пласты мощностью до 1,50 м редки; пласты мощностью до 2,50 м единичны. Установлено, что угленосность формации изменяется по площади и в разрезе. В западной и северо-западной частях бассейна характерна промышленная угленосность для нижнего карбона. На остальной территории угленосность нижнего карбона не имеет практического значения. Основная угленосность в центре бассейна связана с верхними свитами среднего и нижними свитами верхнего карбона. В восточном и северном направлениях количество пластов угля закономерно уменьшается. Средний коэффициент рабочей угленосности равен 0,77; средняя углеплотность до глубины 1800 м до 20 млн. т/км². Для бассейна характерна выдержанность угольных пластов по площади: некоторые рабочие пласты сохраняют мощность в пределах нескольких смежных районов и даже всей площади бассейна (например, угольные пласты k_s, k_s, 1₃, 1₈ и др.). Выдержанность угольных пластов есть следствие их накопления в сходных тектонических и фациальных условиях прибрежно-континентальной и прибрежно-морской обстановок. В основной массе угли Донецкого бассейна относятся к классу гумитов. Для среднего и верхнего отделов характерны клареновые (часто восстановленные) петрографические типы углей с подчиненным значением дюреновых и ксилено-фюзеновых. В северо-восточном направлении заметно увеличивается содержание клареновых углей. В нижнем отделе преобладают споровые дюреновые и кларено-дюреновые типы. Зольность углей меняется от 5 до 40% при среднем содержании золы 7 - 15%. Содержание серы общей варьирует от 1,0 до 4,5%. Количество серы в углях возрастает к северо-востоку - по направлению увеличения количества морских осадков. Теплота сгорания горючей массы 7500-8600 ккал/кг. Выход летучих на горючую массу углей V^r и толщина пластического слоя у колеблются в широких пределах и служат основой промышленной классификации (марочного состава) донецких углей.

Угли большинства пластов относятся к легко- и среднеобогатимым по золе. При обогащении углей содержание серы снижается в среднем на 2%. Количество фосфора в углях невелико и составляет 0,01-0,02%. Присухой перегонке угли пластов среднего и верхнего карбона дают выход смолы 8 - 17%, угли нижнего карбона - 13-24%. Коксующиеся угли (Ж-К-ОС) хорошо спекаются и дают качественный металлургический кокс. Газовые угли в шихте с углями отощенных марок также дают хороший кокс. В угленосной формации Донецкого бассейна располагаются многочисленные водоносные горизонты, приуроченные к пористым и трещиноватым песчаникам и известнякам. Приток воды в горные выработки меняется от десятков до многих сотен кубических метров в час. Основные притоки вод связаны с закарстованными известняками. Средний приток в шахты 50 - 100 м³/ч. С глубиной приток воды в шахты уменьшается. В угленосной формации и углях Донецкого бассейна содержатся метан, азот и углекислый газ. На глубоких горизонтах количество метана достигает 80% и более, что составляет 10-15 м³ на 1 т горной массы.

К неблагоприятным горнотехническим факторам, создающим серьезные затруднения при эксплуатации углей, относятся также внезапные выбросы угля и газа, внедрения и включения в угли пластичных и сыпучих пород кровли и почвы в виде кластических даек, явления сингенетических и эпигенетических размывов угольных пластов. В отдельных случаях поражение пластов угля кластическими дайками и размывами снижает балансовые запасы на 15-20%, а в ряде случаев полностью переводит их в категорию забалансовых. Ряд шахт в бассейне отрабатывают угли с глубины свыше 1000 м. Перспективные запасы по основным коксующимся углям (Ж-К-ОС) имеются только на глубоких и сверхглубоких горизонтах.

Геологические запасы Донецкого бассейна в 1956 г. составляли 241 млрд. т. Общие ресурсы угля в бассейне до глубины 1800 м составляют около 140 млрд. т (1979), в том числе кондиционные - 107 млрд. т. Запасы категорий А+В+С₁ - 51,5 млрд. т., С₂ - 10,7 млрд. т. Распределение ресурсов по маркам: Б-Д - 26%, Г - 31%, ГЖ - 3%, Ж - 4%, К - 2%, ОС - 2%, Т - 9%, А - 23%. Минимальная мощность угольных пластов для подсчёта кондиционных ресурсов - 0,6-0,7 м, максимальная зольность угля - 30%. Балансовые запасы каменного угля категорий А+В+С₁+С₂ Геологические запасы углеводородных газов, содержащихся в угольных пластах и прослоях, превышают 2,5 трлн. м³. Донецкого бассейна составляют 94,9% от общих запасов угля Украины.

Размещено на Allbest.ru