ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОТРАБОТКИ ВЕРХНЕ-АЛИИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Абатурова И.В.¹, Патракова М.С.²

¹ORCID: 0000-0003-4829-3204, Доктор геолого-минералогических наук, ²Аспирант, Уральский государственный горный университет

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОТРАБОТКИ ВЕРХНЕ-АЛИИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

 Аннотация

Статья посвящена изучению инженерно-геологических условий Верхне-Алиинского месторождения. Одной из главных задач на стадии изучения месторождений является выявление и оценка основных факторов определяющих условия отработки, а следовательно и безопасность ведения любых работ на территории месторождения.

Набор факторов определяется в первую очередь условиями формирования месторождения, геолого-структурными особенностями, литолого-петрографическими типами вмещающих пород и руд, сейсмичностью территории, геокрилогическими особенностями и конечно способом отработки месторождения.

Ключевые слова: инженерно-геологические условия, коры выветривания, физико-механические свойства пород, монцониты, трещиноватость пород.

Abaturova I.V.¹, Patrakova M.S.²

¹ PhD in Geology and Mineralogy, ² Postgraduate student, Ural State Mining University

THE FACTORS DEFINING ENGINEERING AND GEOLOGICAL CONDITIONS OF MINE DEVELOPMENT OF THE FIELD VERHNE-ALIINSKOE

Abstract

Article is devoted to studying of engineering-geological conditions of the Upper-Aliinsky field.  One of the main tasks at a stage of studying of fields is identification and an assessment of major factors defining working off conditions, and consequently also safety of conducting any works in the field territory.

The set of factors is defined first of all by conditions of formation of a field, geological and structural features, litologo-petrographic types of containing breeds and ores, seismicity of the territory, geocryological features and certainly way of working off of a field.

Keywords: engineering and geological conditions, aeration bark, physicomechanical properties of breeds, monzonites, jointing of breeds.

Изучение инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых является важной и ответственной задачей. Активные поиски и разведка месторождений полезных ископаемых на Востоке России требуют усиления внимания к изучению инженерно-геологических условий, зачастую определяющих особенности отработки  месторождений полезных ископаемых. В связи с этим, пожалуй одной из главных задач на стадии изучения месторождений является выявление и оценка основных факторов определяющих условия отработки, а следовательно и безопасность ведения любых работ на территории месторождения. Методы и средства, обеспечивающие максимум безопасности системы должны быть комплексными и оптимальными. Комплексность заключается в рассмотрении всех факторов, определяющих инженерно-геологические условия месторождения, а оптимальность – в выявлении основных, играющих особую роль при разработке месторождения.

Рассмотрим факторы инженерно-геологических условий и последовательность их выделения на Верхне-Алиинском золоторудном месторождении,расположенномна территории Балейского района Читинской области, в отрогах Ононского хребта. Рельеф изучаемой территории среднегорный с абсолютными отметками 700-900 м относительные превышения водоразделов над долинами составляют 200-250 м, крутизна склонов 10-30°.

Месторождение находится в верховьях р. Алии и притоков Ломихи, Кольчихи. Основным водоносным комплексом, участвующим в обводнении рудных тел, является водоносный комплекс интрузивных образований щелочного состава, представленный преимущественно монцонитами. По гидравлическим условиям подземные воды безнапорные или слабонапорные. Гидрогеологические условия, согласно инструкции ВСЕГИНГЕО, характеризуются как простые [1].

Геокриологические условия изучаемой территории характеризуются наличием многолетнемерзлых пород долинного типа, которые приурочены к долине р. Алии. Особенностью района является увеличение мощности мерзлой толщи от устья к верховью долин. Данных о распространении многолетнемерзлых пород в пределах рудных зон нет.

Согласно картам общего сейсмического районирования [2] территории Северной Евразии ОСР-97-А, В, С район попадает в область сейсмического риска, с 10 % вероятностью в промежуток времени 50 лет здесь могут произойти землетрясения, превышающие расчетное значение 6 баллов по шкале MSK-64, с 5% вероятностью – 7 баллов, с 1 % вероятностью – 8 баллов. Таким образом, объект является сейсмически опасным.

Рассмотрев общие сведения о районе месторождения, следует отметить, что среди большого набора природных факторов, определяющих инженерно-геологические условия отработки изучаемого месторождения особое внимание необходимо уделить следующим:

- петрографический состав пород;

- наличие кор выветривания;

- физико-механические свойства пород;

- геолого-структурное строение;

- тектоническая обстановка и связанная с ней нарушенность, трещиноватость и блочность пород.

Набор таких факторов определяется в первую очередь условиями формирования месторождения, геолого-структурными особенностями, литолого-петрографическими типами вмещающих пород и руд, сейсмичностью территории, геокрилогическими особенностями и конечно способом отработки месторождения.

В пределах месторождения геометризовано и изучено 6 рудных тел: Зона Главная, Зона 5, Зона 10, Жила 2, Жила Сентябрьская-2, Жила Майская-1. Согласно классификации ГОСТ 25100-2011 разрез месторождения представлен двумя классами: природных скальных и дисперсных пород.

Класс дисперсных горных пород представлен широко развитым на месторождении чехлом покровных отложений и корамивыветривания.Толща покровных отложений представлена породами четвертичного возраста различного генезиса: нерасчлененными аллювиально-делювиальными, элювиально-делювиальными, озерно-болотными и т.д.Мощность четвертичных отложений варьирует в широких пределах от первых метров (Зона 5, Жила 2) до десятков метров (Жила Майская-1, Жила Сентябрьская-2).Нерасчлененные аллювиально-делювиальные отложения представлены переслаиванием песков различной крупности светло-серого цвета с мелкой галькой, суглинков и глин грязно-бурого цвета, мощностью 0,1-0,6 м.Элювиально-делювиальные отложения сложены глинами, суглинками шоколадно-коричневого цвета с дресвой и щебнем скальных пород.Озерно-болотные отложения представлены торфами различной степени разложения черного цвета, мощность от 0,1 до 3,0 м, а также супесями пылеватыми дресвянистыми твердой консистенции.

Породы рудных тел месторождения изменены процессами выветривания.

По характеру залегания и условиям образования кора выветривания подразделяется на площадную и линейно-площадную. Ее мощность зависит от минерального состава пород, степени их тектонической проработки, текстурно-структурных особенностей пород и составляет: 7,0-57,0 м. По степени сохранности элювия кора выветривания может быть отнесена к остаточному типу.

В соответствии с классификацией Ярг Л. А. в профиле коры выветривания выделяются три зоны (снизу вверх): II – трещинная, III – обломочная, IV – дисперсная.

Минеральный состав каждой из зон обусловлен литолого-петрографическим составом субстата и степенью выветрелости.

Трещинная зона (II) сложена сильнотрещиноватымимонцонитами. Мощность зоны различна, интервалы составляют 3,6-29,1 м. Низкие значения физико-механических свойств, потеря прочности при увлажнении позволяют отнести породы трещинной зоны к категориям прочных, либо малопрочных пород.

Обломочная зона (III) представлена обломками монцонитов разной степени выветрелости размером от 2 до 5-6 см. Обломки ожелезнены как по поверхности трещин, так и по массе.

Дисперсная зона (IV), сложенная супесями пылеватыми, иногда песчанистыми, с дресвой и щебнем от 20 до 40%, единичные значения плотности составляют 1,91 г/см³.

Скальные породы месторождения представлены метаморфизованными породами газимуровской свиты раннекаменноугольного возраста, средне-позднеюрскими туфогенно-осадочными породами айрыкской свиты, средне-позднеюрскими интрузивными породами 1-ой и 3-ей фаз шахтаминского комплекса и позднеюрскими дайками основного состава.

Образования первой фазы представлены преимущественно монцонитами, габбро-монцонитами, реже пироксенитами, перидотитами, сиенитами. Границы между разновидностями пород постепенные и фациальные. Образования третьей фазы сложены гранит-порфирамиКольчихинского штока и их фациальными аналогами – дацитами, гранодиорит-порфирами и диоритовыми порфиритами, слагающими восточный фланг месторождения.

Минеральный составмонцонитов: плагиоклаз – 38-60 %, калишпат – 2-40 %, пироксен – 2-25 %, роговая обманка – 0-25 %, биотит – 7-15 %, кварц – 0,5 %.

На месторождении выделяют два типа руд: пирротин-арсенопирит-халькопиритовый с зернистым кварцем и пирит-арсенопирит-полиметаллический с халцедоновым кварцем. Для руд месторождения характерны вкрапленные, полосчатые, массивные текстуры, кроме того, имеют место гнездово-вкрапленные, прожилково-вкрапленные, брекчиевые текстуры.

Генезис пород, их минеральный состав, структурно-текстурные особенности, степень метасоматических изменений определили показатели физико-механических свойств пород.

Физико-механические свойства вмещающих пород определяются степенью метасоматических изменений и структурно-текстурными особенностями пород и составляют: σ_сж^в/н = 103-140 МПа, σ_р^в/н=8-11 МПа, f_кр=8-11, μ=0,29-0,31. В зонах дробления, ослабления отмечается снижение значений прочности до величин σ_сж^в/н = 40-89 МПа, σ_р^в/н=2,6-8,7 МПа, f_кр=6-8. Установлено, что основным фактором, контролирующим изменения физико-механических свойств пород месторождения, является степень и характер трещиноватости пород.

Анализ исследований физико-механических свойств вмещающих пород рудных тел показал, что наиболее прочными являются породы рудного тела Зона Главная, наименее прочными – Жила Сентябрьская-2 и Жила Майская-1. Режим пространственной изменчивости свойств пород всех рудных тел стационарный.

Геолого-структурное строение месторождения определяется сложным сочетанием тектонических структур разного порядка. Основными структурными элементами являются разрывные нарушения, представленные тремя системами различного направления: северо-восточного, субширотного и субмеридионального, а также радиальными и кольцевыми нарушениями Алиинскойвулкано-плутонической структуры.

Наиболее крупным разрывным нарушением северо-восточного направления является Алиинский разлом сбросового характера, разделяющий месторождение на два крупных блока с различной степенью эродированности. В приподнятом блоке располагаются: Зона Западная (рудные тела Зоны 5 и 10), Жила Майская-1, Жила 2; в опущенном – Жила Сентябрьская-2, Зона Главная. Мощность разлома колеблется от 10 до 20-40 м, а с оперяющими трещинами зона его влияния достигает 100 м. Падает разлом на юго-восток под углами 70-80°, амплитуда смещения не превышает 100-200 м. Другой разлом того же направления – Диагональный. К субширотным разломам относится Ломихинский разлом, наиболее значимыми из меридиональных разломов являются: Западный и Березитовый.

На Верхне-Алиинском месторождении отмечается сочетание разнонаправленных разломов и нарушений, предопределивших блоковое строение рудного поля. Оруденение приурочено к трещинам скола.

Формирование трещиноватости массива пород, слагающих разрез месторождения, происходило на протяжении всей его истории развития, под влиянием целого ряда факторов, таких как тектонические напряжения пород, процессы рудообразования, процессы разгрузки, выветривания и т.д. Причем на каждой стадии, развитие массива происходило под действием различных сочетаний этих факторов, а также разной временной продолжительности этого действия.

Одним из основных факторов, определяющих инженерно-геологические особенности Верхне-Алиинского месторождения, а значит и степень устойчивости горного сооружения, стенки которого сложены скальными породами, является степень трещиноватости, раздробленности пород, наличие неблагоприятно ориентированных зон и поверхностей ослабления, морфология стенок трещин, минеральный состав заполнителя трещин.

Сложность и разновременность действия процессов: формирования массива пород, тектонических и гидротермальных изменений пород, оруденения привело к формированию различных генетических типов трещин.

Наложенность друг на друга вышеперечисленных процессов затрудняет диагностику трещин, однако в пределах месторождения выделены следующие типы:

• первичные контракционные трещины – наименее распространены в массиве изучаемых пород. Образовались в результате уменьшения объема интрузии при ее остывании. Поверхности трещин неровные, слабошероховатые, волнистой формы;
• тектонические – развиты в пределах месторождения наиболее широко, для них характерны открытые трещины скола прямолинейной формы с зеркалами и штрихами скольжения, гладкими и притертыми поверхностями, а также трещины отрыва волнистые, с неровными шероховатыми поверхностями. Часто трещины осложнены процессами метасоматоза. Это как открытые, так и закрытые трещины. Поверхности открытых трещин покрыты корочками карбоната, вермикулита, хлорита, каолинита. Закрытые трещины заполнены кварц-карбонатным материалом, рудными минералами;
• экзогенные – отмечаются только в верхней части массива пород месторождения. Глубина развития такой системы трещин от 10,0 до 40,0 м. Стоит отметить, что система экзогенной трещиноватости является наложенной на систему трещин, носящих тектонический характер, и глубина проникновения экзогенной трещиноватости напрямую зависит от интенсивности тектонической нарушенности пород массива.

Для Верхне-Алиинского месторождения характерны два типа заполнителя, ослабляющие устойчивость массива пород и укрепляющие массив. Первый тип заполнителя представлен такими минералами как хлорит, вермикулит, каолинит и глинка трения. Второй тип заполнителя представлен кварц-карбонатным материалом. По существу это маломощные прожилки с четкими, но неровными контактами с вмещающими породами.

Особенностью рудных тел Верхне-Алиинского месторождения является наличие тектонических зон дробления с различной степенью измельчения пород, формирующих зоны ослабления.

Следует отметить, что для рудных тел характерна различная степень интенсивности трещиноватости пород. Наибольшей интенсивностью трещиноватости в массиве пород Верхне-Алиинского месторождения, характеризуются рудные тела Жила 2 и Жила Сентябрьская-2, наименьшей – рудные тела Зона Главная и Зона 5.

Рудное тело Зона Главная (рис. 1)находится в области сжатия, массив монцонитов здесь (в отличие от других рудных зон) характеризуется очень высокими значениями прочностных свойств (на сжатие, растяжение, сжатие со срезом).Зона отличается практически полным отсутствием тектонических зон дробления и зон ослабления. Анализ выявленных особенностей Зоны Главная позволяет спрогнозировать развитие таких инженерно-геологических процессов, как стреляние, горные удары. В виду того, что отработка месторождения будет вестись подземным способом, необходимо применение особых технологий проходки горных выработок, исключающих провоцирование горных ударов.

Рисунок 1 – Породы Зоны Главная

В результате анализа развития и изменения характеристик тектонически нарушенных зон установлено, что зоны дробления преобладают над зонами ослабления в пределах рудных тел Жила Майская-1, Зона Главная, Жила Сентябрьская-2, где их процентное отношение к суммарной мощности тектонически нарушенных зон в пределах каждого рудного тела составляет 87,4 %, 80,0 % и 52,4 % соответственно. Зоны ослабления преобладают в пределах рудных тел Зона 10, Зона 5, Жила 2 – 67,0 %, 52,0 % и 50,9 % соответственно.

Рудное тело Жила Майская (рис. 2) попадает в широтную активную область сдвига и, следовательно, при дополнительных сейсмических воздействиях (даже самых незначительных) разрушение горных выработок здесь произойдет с наибольшей вероятностью по наклонным зонам дробления.Такая ситуация требует проектирования крепежных систем в зонах смены границ классов устойчивости.

Рисунок 2 – Породы Жилы Майская-1

Так как, массивы скальных пород в пределах рудных тел, имеют в целом одинаковый петрографический состав, и представлены преимущественно монцонитами светло-серого цвета, массивными, средне-мелкокристаллическими, можно сделать предположение о том, что одним из основных факторов, определяющим интенсивность трещиноватости пород в пределах всего месторождения являются рудообразующие процессы и процессы околорудного метасоматического изменения пород.

При комплексном рассмотрении всех факторов, определяющих инженерно-геологические условия месторождения установлено, что основным фактором, контролирующим изменения физико-механических свойств пород месторождения, является степень и характер трещиноватости пород. Таким образом, для обеспечения безопасной отработки данногоместорождения, - необходимо учитывать степень изменения массива пород геодинамическими процессами.

Литература

1. Балейское рудное поле (геология, минералогия, вопросы генезиса). М., 1984. 271 с.
2. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений твёрдых полезных ископаемых. ВСЕГИНГЕО. М.: Недра, 1986, 171с.
3. Абатурова И. В. Оценка и прогноз инженерно-геологических условий месторождений твердых полезных ископаемых горно-складчатых областей. Научное издание ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет». Екатеринбург: типография «Уральский центр академического обслуживания», 2011.
4. Бабушкин В.Д. и др. Изучение гидрогеологических и инженерно-геологических условий месторождений полезных ископаемых. М. Недра. 1969.
5. Методическое руководство по изучению инженерно-геологических условий рудных месторождений при их разведке/В.И. Кузькин, Л.А. Ярг, М.В. Кочетков. М., 2001. 153 с.
6. Сейсмогеодинамика и сейсмическое районирование Северной Евразии/В.И. Уломов/Вестник ОГГГГН РАН, № 1(7)’99. М., 1999 г.

References

1. Balejskoe rudnoe pole (geologija, mineralogija, voprosy genezisa). M., 1984. 271 s.
2. Izuchenie gidrogeologicheskih i inzhenerno-geologicheskih uslovij mestorozhdenij tvjordyh poleznyh iskopaemyh. VSEGINGEO. M.: Nedra, 1986, 171s.
3. Abaturova I. V. Ocenka i prognoz inzhenerno-geologicheskih uslovij mestorozhdenij tverdyh poleznyh iskopaemyh gorno-skladchatyh oblastej. Nauchnoe izdanie FGBOU VPO «Ural'skij gosudarstvennyj gornyj universitet». Ekaterinburg: tipografija «Ural'skij centr akademicheskogo obsluzhivanija», 2011.
4. Babushkin V.D. i dr. Izuchenie gidrogeologicheskih i inzhenerno-geologicheskih uslovij mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. M. Nedra. 1969.
5. Metodicheskoe rukovodstvo po izucheniju inzhenerno-geologicheskih uslovij rudnyh mestorozhdenij pri ih razvedke/V.I. Kuz'kin, L.A. Jarg, M.V. Kochetkov. M., 2001. 153 s.
6. Sejsmogeodinamika i sejsmicheskoe rajonirovanie Severnoj Evrazii/V.I. Ulomov/Vestnik OGGGGN RAN, № 1(7)’99. M., 1999.