Siliceous-opal raw material of akreshevsky plot (KHMAD-Yugra) and its detailed mineral granulometric composition

Full Text

В 80-х годах прошлого столетия после целенаправленного изучения кремнистых пород палеогена и мела на севере Тюменской области была выделена Северо-Тюменская субпровинция кристобалит-опаловых пород (диатомиты, опоки, трепелы), которые являются ценным сырьем для производства ряда строительных материалов [1–3]. Потребность ХМАО в таких материалах, как и во всей стране, каждый год возрастает, поэтому очень важно развивать местную добывающую промышленность.

В нашем округе в результате широкомасштабных работ было разведано более десятка месторождений кремнистого сырья. Запасы одного из них, Акрышевского месторождения, расположенного в Советском районе, составили 16 млн м³ (по 4 участкам), в состав которого входит Акрышевский участок с площадью 13,27 км² [4, 5].

Целью нашей работы было уточнение минералого-петрографического и гранулометрического состава галечниково-гравийно-песчаной смеси и песчаной фракции (с размером зерен менее 5,0 мм) кремнисто-опалового сырья на Акрышевском участке, что внесет важный вклад в детализацию изучения данного месторождения с возможностью в дальнейшем его эксплуатации.

Изучения проводились фрагментарно, по 24 пробам, отобранным в шурфах мощностью от 0,2 м до 3,2 м (рис. 1).

 

Рисунок 1 – Разведочные шурфы исследуемой площади

 

Порода представлена рыхлой смесью, от светло-серой, желтовато-серой, буровато-серой до темно-серой окраски, разнородной по зерновому составу, с низкой переменной плотностью.

Первоначально изучалась галечниково-гравийно-песчаная смесь. Для определения ее гранулометрического состава был применен ситовой анализ по ГОСТ 8269.0-97 на каждую из 24 проб, а также минералогическим анализом выявлены пробы с наибольшим количеством опоко-трепеловых пород. Результаты данных определений представлены в виде графика (рис. 2).

 

Рисунок 2 – Соотношение гравийных зерен в пробах кремнисто-опаловых пород

 

Для подтверждения минералогического состава фракции >5 мм были выполнены также петрографические исследования в шлифах (рис. 3). Данный образец слабо реагирует на поляризованный свет, что подтверждает наличие аморфной составляющей в виде опала. Отмечаемые участки с серой интерференционной окраской свидетельствуют о частичном переходе аморфного кремнезема к его кристаллическим разновидностям – халцедону и кварцу, что в процессе литификации вполне закономерно. Таким образом, это порода – трепел-опокового состава, и мы наблюдаем постепенный переход трепелов в опоки с выделением опоковидных трепелов и трепеловидных опок как промежуточных членов непрерывного ряда в стадии катагенеза [6].

 

Рисунок 3 – Петрографические шлифы гравия

 

Микрозондовый анализ на растровом электронном микроскопе CarlZeiss EVO 50, оснащенном спектрометром энергодисперсионным Inca Energy 350, подтвердил кремнистый (О+Si) состав гравийных зерен в четырёх точках спектра (рис. 4). Здесь же наблюдаются глобули опала и наличие реликтов морской фауны.

 

Рисунок 4 – Электронно-микроскопическое исследование гравийных зерен

 

Следующий этап исследований – определение фракционного состава песчаных зерен менее 5,0 мм для всех 24 проб (ГОСТ 8736-2014).

В результате проведенного ситового анализа был получен гранулометрический состав проб, соответствующий разной группе песка – от тонкого до крупного [ГОСТ 8736-2014] (таблица 1).

 

Таблица 1 – Гранулометрический состав исследуемого песка

Фракции, %									Модуль крупности	Группа песка
№ пробы	интервал отбора	2,5–5,0 мм	1,25–2,5 мм	0,63–1,25 мм	0,315–0,63 мм	0,16–0,315 мм	Менее 0,16 мм	Менее 0,01 мм (глинистая)
1	1,2–2,5	0,63	2,01	2,46	6,57	22,90	20,13	45,30	0,55	очень тонкий
2	0,2–1,0	5,70	11,23	11,42	16,30	24,78	13,11	17,46	1,67	мелкий
3	1,0–2,0	6,02	11,92	7,65	14,30	27,09	15,36	17,67	1,56	мелкий
4	0,5–2,4	12,02	9,05	9,16	11,60	21,29	15,18	21,70	1,68	мелкий
5	0,2–1,0	5,74	9,99	15,38	24,89	26,58	7,68	9,74	1,91	мелкий
6	1,0–2,0	4,41	8,13	12,21	35,35	33,35	3,69	2,86	1,95	мелкий
7	1,0–2,5	4,92	4,49	7,79	18,66	42,86	11,60	9,68	1,46	очень мелкий
8	0,2–1,0	1,70	3,48	4,86	13,33	34,90	24,62	17,12	0,97	тонкий
9	1,0–2,0	0,76	0,82	2,62	10,72	45,22	28,78	11,08	0,82	тонкий
10	0,2–2,0	12,44	12,98	13,21	13,79	19,40	10,02	18,17	2,01	средний
11	0,2–2,0	3,27	5,94	22,19	22,19	28,25	24,83	6,22	1,41	очень мелкий
12	0,2–2,0	6,34	5,29	11,27	11,27	28,00	15,64	26,80	1,23	очень мелкий
13	1,4–2,5	9,50	5,61	16,02	16,02	49,35	10,28	3,30	1,69	мелкий
14	0,5–2,5	12,82	9,88	18,02	18,02	27,44	4,91	14,43	2,05	средний
15	1,2–2,5	13,84	19,07	14,53	14,53	16,08	7,77	15,57	2,30	средний
16	1,2–1,7	16,01	11,53	10,90	10,90	12,33	8,78	28,81	1,95	мелкий
17	1,7–2,3	29,26	14,11	11,90	11,90	9,83	2,31	20,85	2,72	крупный
18	2,3–2,8	23,64	17,04	16,64	16,64	10,10	3,84	10,18	2,85	крупный
19	1,7–3,2	19,86	14,08	18,54	18,54	15,15	3,16	8,55	2,70	крупный
20	1,3–2,5	18,75	11,99	16,20	16,20	26,97	5,09	7,94	2,40	средний
21	0,2–2,5	1,49	1,92	14,63	14,63	45,66	24,73	8,45	0,99	тонкий
22	0,2–2,0	27,95	21,01	31,88	11,03	2,99	2,64	2,50	0,86	тонкий
23	0,2–1,3	9,96	15,18	25,71	15,95	11,30	13,66	8,24	1,87	мелкий
24	0,5–1,5	2,89	23,65	41,70	16,56	5,61	5,58	4,01	1,34	очень мелкий

 

Песок изучаемого участка не однороден, плохо отсортирован по размеру, представлен фракциями, %: 2,5–5,0 мм – 9,33; 1,25–2,5 мм – 8,85; 0,63–1,25 мм – 9,71; 0,315–0,63 мм – 15,83; 0,16–0,315 мм – 27,91; менее 0,16 мм – 13,39; глинистая фракция по всем интервалам опробования 14,86 % (% среднего содержания фракций участка).

Выполнен минералогический анализ песчаной фракции. Подготовка к испытанию, исследования и обработка результатов выполнялись в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 8735-88. Содержание пород и минералов определялось методом петрографической разборки и минералогического анализа песка для каждой из 24 проб. Результаты исследований сведены в таблицу 2.

 

Таблица 2 – Содержание минералов и горных пород на одну пробу

№ пробы	интервал отбора проб, м	% глины	минералы, % вес						горные породы, % вес
			кварц	полевой шпат	слюда и слоистые силикаты	аморфные разновидности двуокиси кремния (халцедон, опал, кремень)	оксиды и гидрооксиды железа (магнетит, гетит, гидрогетит)	прочие	Интрузивные магматич. породы	эффузивные магматич. породы	песчаники, алевролиты	выветрелые породы опал-кремнистого состава	кремнистые породы	кварцит, кристаллические сланцы	уголь и древесные остатки
1	1,2–2,5	45,30	38,64	0,90	0,20		0,56	0,48	0,14	0,04	0,02	13,21	0,18	0,12
2	0,2–1,0	17,46	52,37	1,01	0,09	0,31	1,33	1,10	1,65	0,25	0,24	23,18	0,17	0,83
3	1,0–2,0	17,66	50,66	0,69	0,25	0,17	1,13	1,32	1,09	0,11	0,10	25,93	0,20	0,64	0,04
4	0,5–2,4	21,70	31,23	0,60	0,22	0,04	0,56	0,86	0,67	0,05	43,54	0,14	0,27	0,14
5	0,2–1,0	9,74	61,84	1,38	0,42	0,33	1,92	1,21	2,10	0,32	0,11	19,56	0,15	0,93
6	1,0–2,0	2,86	70,51	0,48	0,20	0,26	0,75	0,82	0,56	0,07	0,11	22,48	0,08	0,81	0,01
7	1,0–2,5	9,69	58,32	0,55	0,24	0,04	0,44	1,31	0,62	0,08	0,01	28,41	0,07	0,20	0,01
8	0,2–1,0	17,11	64,44	1,85	0,10	0,10	0,87	2,19	0,68	0,23	0,12	11,25	0,30	0,72	0,03
9	1,0–2,0	11,08	72,59	1,15	0,15	0,28	0,73	2,11	0,05	0,002	0,01	11,68	0,15	0,03	0,001
10	0,2–2,0	18,16	28,39	0,28	0,03		0,50	0,38	0,24			51,76	0,08	0,10	0,09
11	0,2–2,0	6,22	68,70	1,64	0,36	0,09	1,21	1,98	0,20	0,04	0,03	18,95	0,20	0,34	0,01
12	0,2–2,0	26,80	39,13	0,46	0,04	0,16	1,12	0,99	0,26	0,08		30,56	0,24	0,12	0,04
13	1,4–2,5	3,29	69,20	0,49		0,21	0,58	2,24	0,34	0,03		23,41	0,06	0,15
14	0,5–2,5	14,42	41,23	0,67	0,04	0,19	0,31	0,62	0,22	0,02	0,07	41,69	0,23	0,31
15	1,2–2,5	15,58	20,44	0,36	0,10	0,02	0,31	0,26	0,30		0,04	62,16	0,04	0,40
16	1,2–1,7	28,82	14,24	0,46	0,13	0,09	0,48	0,68	0,29			54,48	0,07	0,23	0,04
17	1,7–2,3	20,85	16,19	0,04	0,03	0,01	0,21	0,17	0,29			61,93	0,26	0,02
18	2,3–2,8	10,18	49,47	0,47	0,12	0,14	0,55	0,32	2,09	0,76	0,21	33,08	0,72	1,89
19	1,7–3,2	8,55	46,34	0,32	0,13	0,15	0,81	0,36	2,02	0,31	0,18	39,48	0,19	1,15	0,02
20	1,3–2,5	7,94	57,15	0,71	0,12	0,43	0,98	0,67	2,46	0,66	0,34	25,73	0,60	2,20
21	0,2–2,5	8,46	70,94	1,26	0,09	0,38	10,62	1,28	0,31	0,11	1,32	4,86	0,08	0,22	0,07
22	0,2–2,0	27,95	52,07	3,13	0,004	0,38	1,29	2,12	0,84	0,29	0,11	9,53	0,17	1,64	0,47
23	0,2–1,3	9,96	50,20	0,62		0,12	0,83	1,23	0,68	0,22	0,27	34,10	0,11	1,56	0,09
24	0,5–1,5	2,89	63,78	1,17	0,27	0,14	0,98	0,75	0,31	0,08		28,80	0,15	0,53	0,15

 

Анализируя данные таблицы, можно заключить, что песок имеет в основном кремнистый состав и представлен кварцем (от 14,24 до 72,59 %) и выветрелыми породами кремнисто-опалового состава (трепел-опока от 0,14 до 61,93 %), а в сумме кремнистых зерен насчитывается от 31,5 до 93,1 %, в среднем – 77,2 %. Количество глинистых минералов колеблется от 2,86 до 45,3 %, остальные минералы и обломки пород не превышают 3 % в своей группе. Наибольшее количество опоко-трепеловых зерен (51,76–62,16 %) наблюдается в пробах №№ 10, 15, 16, 17.

Исследования минералогического состава песка велось по классам (фракциям), в качестве примера этих исследований рассмотрена характеристика пробы № 17 (рис. 5).

 

Рисунок 5 – Проба № 17, интервал 1,7–2,3 мм: а) гранулометрический состав; б) фракция 2,5–5,0 мм

 

Описание классов по минералогическому составу по 17-й пробе

Класс 2,5–5,0 мм

По гранулометрическому составу процентное содержание на пробу составляет 29,26 %, наибольшее по соотношению к другим фракциям. Основными минералами класса являются: кремнистые образования (опоки, трепел), кварц, обломки пород.

Кремнистые образования (95,47 %). Зерна различной степени окатанности, от хорошо окатанных, имеющих округлую форму, до неправильных, с неровной поверхностью. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. Окраска основной массы светло-серая, реже серая. Ожелезненные (налеты гидроокислов железа, примазки охристого материала) в виде пленки составляет 70–80 %.

Кварц (4,03 %). Зерна разной степени окатанности, прозрачные, полупрозрачные сероватой окраски, поверхность неровная.

Обломки пород (0,50 %) представлены зернами различного состава с преобладанием обломков измененных метаморфических пород с угловато-окатанными формами.

Класс 1,25–2,5 мм

От общего веса пробы составляет 14,11 %. Основными минералами фракции также являются кремнистые образования (95,17 %). Кварц – 3,14 %; обломки пород – 1,69 %. Данный класс аналогичен классу 2,5–5,0 мм.

Класс 0,63–1,25 мм

Процентное содержание по массе составляет 11,90 %. Так же, как и в предыдущих классах, основными минералами являются кремнистые образования – 85,90 %, кварц – 10,87 %, обломки пород в сумме составляют 2,65 %.

Кремнистые образования представлены зернами различной степени окатанности, большей части угловатыми, с полураковистым изломом. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое, цвет от светло-серого до серого, с ожелезненным налетом до 60–70 %.

Кварц – зерна различной степени окатанности, прозрачные, полупрозрачные, сероватой окраски, поверхность неровная, форма неправильная.

Обломки пород представлены неправильными зернами, угловато-окатанные, встречаются интрузивные, но преобладают обломки измененных метаморфических пород.

Класс 0,315–0,63 мм

Минеральный состав по сравнению с предыдущими классами значительно изменился. В данной фракции кремнистые образования составляют 51,94 %, содержание кварца – 45,88 %, полевых шпатов – 0,62 %, обломки пород в сумме составляют 0,93 %. Кремнистые образования представлены зернами различной степени окатанности, большей части угловатыми, с полураковистым изломом. Сложение зерен тонкозернистое или скрытокристаллическое. Цвет от светло-серого до серого, молочно-белого, ожелезнение в виде тончайшей пленки составляет до 60–70 %.

Кварц представлен зернами разной степени окатанности, форма зерен неправильная, объемная, изометричная. Наибольшее распространение получил кварц прозрачный, полупрозрачный, реже – сероватой окраски, зерна желтоватого цвета (из-за слабого налета охристого материала или гидроокислов железа) составляют до 10–15 %.

Полевые шпаты представлены зернами слаботаблитчатого облика, серовато-белой окраски, средней степени окатанности.

Обломки пород представлены измененными обломками метаморфических пород разного состава.

Класс 0,16–0,315 мм

Преобладающим минералом в этом классе является кварц – 59,92 %, зерна разной степени окатанности, форма зерен неправильная, объемная, реже изометричная. Поверхность неровная, сглажено-неровная. Цвет большей степени прозрачный, меньшей – полупрозрачный, желтоватый из-за слабого налета гидроокислов железа, составляет не более 5–10 %.

Кремнистые образования представлены неправильными зернами от светло-серого до серого, молочно-белого цвета, ожелезнение в виде тончайшей пленки составляет до 50–60 %. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. В процентном выражении составляют 37,38 %.

Полевые шпаты. По цвету выделяются белесоватые зерна, сероватые, до бесцветной окраски. Поверхность сглажено неровная, окатанность средняя. Представлены преимущественно измененными калишпатами и альбитами. Суммарное содержание минералов – 1,35 %.

Минералы тяжелой фракции представлены амфиболом, эпидотом, пироксеном. Зерна окатанные в различной степени. Суммарное содержание – 0,77 %.

Класс менее 0,16 мм

Процентное содержание по массе составляет 1,59 %. Преобладающим минералом является кварц – 94,3 %. Зерна минерала характеризуются хорошей, средней и слабой степенью окатанности. Форма зерен неправильно-объемная, реже – изометричная. Зерна бесцветно-прозрачные, слабо сероватые, иногда молочно-белого цвета. Около 10–15 % зерен имеет слабый желтоватый оттенок (пленки или налеты гидроокислов железа, или охристого материала).

Кремнистые образования (0,68 %) представлены неправильными зернами от светло-серого до серого, реже молочно-белого цвета, 5–10 % зерен с налетом охристого материала. Сложение зерен тонкозернистое, или скрытокристаллическое. Зерна средней степени окатанности.

Полевые шпаты (0,04 %). По цвету выделяются белесоватые зерна, сероватые, до бесцветной окраски. Поверхность сглажено не ровная, окатанность средняя. Представлены как плагиоклазами, так и калишпатами.

Минералы тяжелой фракции представлены амфиболом, эпидотом, пироксеном, ильменитом, цирконом, рутилом, лейкоксеном, анатазом и др. Зерна окатанные в различной степени.

Выход тяжелой фракции составил 0,71 %. С помощью магнита Сочнева отделена магнитная фракция – 0,015 %, основными минералами данной фракции являются: эпидот, амфибол, пироксен, гранат и другие (90,20 %).

Рудные минералы содержат: ильменит – 1,90 %; лейкоксен – 1,60 %; рутил – 1,80 %; циркон – 3,90 %; анатаз – 0,60.

На рисунке 6 представлены основные обломки кремнистых пород и кварц, а также редкие остатки панцирей диатомей и спикул губок в легкой фракции. На рисунке 7 отмечены минералы тяжелой фракции – лейкоксен, хромшпинелид, эпидот, ильменит, рутил, циркон.

 

Рисунок 6 – Состав лёгкой фракции ˂ 0,16 мм в иммерсионной жидкости N = 1,54

 

Рисунок 7 – Состав тяжёлой фракции ˂ 0,16 мм в иммерсионной жидкости N = 1,64

 

В результате проведенных исследований установлено, что песок в пробе № 17 трепел-опоковый и содержит в среднем по пробе: 61,93 % кремнистых образований (опок, трепелов), 16,19 % кварца, 0,04 % полевых шпатов, 0,56 % обломков горных пород разного состава, 0,21 % примесей (слюда, слоистые силикаты, оксиды и гидрооксиды железа), 0,02 % угля и древесных остатков, 0,17 % прочих минералов (амфибол, эпидот, пироксен и др.).

Таким образом, если суммировать полученные данные по визуальным данным, петрографическим шлифам гравия и минералогическому анализу песка, то данные отложения соответствуют трепел-опоковому составу.

Выводы

Уточнен гранулометрический и минералого-петрографический состав галечниково-гравийно-песчаной и песчаной смеси. Подавляющее большинство проб по всему участку содержат опоко-трепеловые породы кремнисто-опалового состава, для песка составляющие от 13 % до 62 %, в среднем 33 % по всему участку.

Данная песчано-гравийно-галечная смесь с существенно кремнисто-опаловым составом может рассматриваться с практической точки зрения, как готовый материал для осушки нефтяных газов, очистки ТЭЦ, фильтрации и очистки промышленных стоков от вредных и токсических примесей, мелиораторов, улучшающих агрохимические свойства почв.

Использование подобных кремнистых отложений в качестве различных сорбентов может способствовать улучшению экологической обстановки в нашем округе.

Уникальные свойства кремнистых пород делают их сырьем многоцелевого назначения с выбором оптимальных путей их использования и разработки конкретных технологических схем.

Судя по минеральному составу четвертичных отложений, на площади Ай-Акрышъюганского месторождения перенос материала был незначительным, и мы имеем дело с образованием, близким к элювию опок и трепела.

About the authors

Lyubov V. Semechkova

V.I. Shpilman research and analytical centre or the rational use of the subsoil

Author for correspondence.
Email: lyuba21.k@yandex.ru

Еngineer

Russian Federation, 2, Studencheskaya street, Khanty-Mansiysk, 628007 

Lyudmila L. Nesterova

Yugra State University

Email: nll55@inbox.ru

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Geology, Institute of Nature management

Russian Federation, 16, Chehova street, Khanty-Mansiysk, 628012

References

Supplementary files