Геологія, геохімія, екологія і запаси центральній частині Єгор'євське родовища фосфоритів

(оцінка впливу екологічних факторів на бортове зміст)

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата геолого-мінералогічних наук

Науковий керівник: Доктор геолого-мінералогічних наук, професор Віктор Старостін Іванович (Геологічний факультет МДУ ім. М. В. Ломоносова).

Москва, 2006

К.А. Бичков/Геологічний факультет МГУ

Введення.

Під Введенні пояснюється, чому автор зацікавився роллю екологічних факторів і їх "тиском" на економіку гірничорудного виробництва, що призвело його до ідеї про те, що потрібно визначати оптимальні бортові змісту, максимізуючи прибуток підприємства. Є одна складність у демонстрації цієї ідеї на практиці. Справа в тому, що випробування фосфоритів проводилося застарілим способом, який не відповідає сучасним вимогам. Головний недолік цього способу полягає в тому, що для визначення хімічного складу фосфоритів випробовується лише кожна десята свердловина. Це вносить ускладнення в безпосередньому використанні деяких геостатистичних процедур.

Частина I.

Частина I дисертаційної роботи присвячена геологічною будовою Вострянского ділянки Єгор'євське родовища. У главі I.1 дається короткий нарис геології району. Основна увага приділяється опису стратиграфічного розрізу. У главі I.2 описується геологічна будова самого Вострянского ділянки. Докладно розглядається відкладення юрської і млявий систем. Найповніше викладені умови залягання фосфоритного серії.

Глава I.3. Тривимірне комп'ютерне моделювання геологічної будови Вострянского ділянки - основна в частині I і за змістом, і за обсягом. Тут на прикладі Вострянского ділянки пояснюється як, працюючи в комплексі програм MicroMine, створювати комп'ютерні тривимірні моделі родовищ. Описуються вихідні дані, методи їх перевірки і виправлення. Розглядається кілька методів моделювання геологічних поверхонь в двовимірному і тривимірному просторі. Показується методи моделювання геологічних розрізів, побудови стрінгів, а потім каркасних 3D-моделей. Будується повна каркасна модель всього Вострянского ділянки у вигляді <зімкнутому> блок-діаграми і у вигляді <розімкнутого> блок-діаграми. Проводиться варіографія потужностей усіх верств фосфоритного серії ділянки. Розповідається про блокові 3D-моделях геологічних тел. Будуються блокові моделі всіх горизонтів фосфоритного серії, в тому числі в вигляді зімкнутих і розсунутих блокових блок-діаграм. Все це абсолютно необхідно для того, щоб робити підрахунок запасів геостатистичних методом. Тільки за допомогою геостатистики можна практично моментально виробляти багатоваріантний підрахунок запасів з різними бортовими змістами, що й робиться в частині IV дисертації.

В останньому параграфі цієї глави дається приклад того, як за допомогою комп'ютерної моделі можна відкрити нові, невідомі геологічні факти. При побудові численних геологічних розрізів було звернуто увагу на те, що при вихід фосфоритного пачки на стрімкий берег р.. Капустянки шари набувають ясний нахил вниз по схилу рельєфу. Долина р.. Капустянки більш ніж на 10 м врізана в оксфордські глини. Загин прошарків вниз по схилу (<пірнання>) пояснюється тим, що під великою вагою вищерозміщених порід пластичні глини видавлюються в борту річки і виносяться водою в р. Москву. Найцікавіше полягає в тому, що точно такі ж нахили фосфоритного верств виявилися в борту стародавньої неогенової долини, що на сході поділяє Вострянскій і Елкінскій ділянки. В даний час долина заповнена опадами верхнього неогену, але в передував період, долина стародавньої річки була заглиблена в оксфордські глини на 10-15 м. Тобто обстановка була тією ж самою, що в даний час в крутому березі р.. Капустянка. Отже, і в неогенові час утворювалися зсувні складки. Потрібно відзначити, що про ці нахилах верств було відомо і колись, коли ділянка розвідуються (1976 р.). Але наявність цих нахилів пояснювалося нерівностями морського дна в період накопичення опадів.

що захищається положення (Теза 1). Створені комп'ютерні тривимірні каркасні і блокові моделі Вострянского ділянки Єгор'євське родовища. За допомогою цих моделей уточнені деталі геологічної будови. Вперше встановлено наявність гравітаційних складок. Частина з них була сформована в неогенових період. З допомогою моделі був зроблений геостатистичних аналіз геологічних і геохімічних параметрів фосфоритного покладів.

Частина II. Геохімія Вострянского ділянки.

Фосфорити і що вміщують породи були випробувані на утримання основних оксидів, мікроелементів, рідкісних земель, радіонуклідів. Результати обробки понад 1200 аналізів викладені в 6 розділах. У цій частині дуже широко використовується статистичний аналіз і звичні геохімік коефіцієнти концентрації і геохімічні спектри. Глава II.1. Присвячена геохімії мезо-кайнозойського стратиграфічного розрізу. Виявлено хімічні елементи, характерні для фосфоритного серії. Набір специфічних елементів говорить про те, що формування фосфоритів відбувалося за рахунок декількох областей зносу з різних за складом порід - і ультраосновних, і среднекіслих, і метаморфічних. У главі II.2 викладені результати вивчення поведінки основних оксидів (P2O5, Fe2O3, Al2O3, CO3, MgO, CaO) по всьому розрізу продуктивної товщі за дуже коротким проб (10-15 см). Проаналізовано графіки зміни всіх оксидів по потужності товщі, розраховані матриці кореляцій, побудовані точкові графіки залежності. У результаті намічені асоціації оксидів. Наприклад, високої позитивної кореляцією відрізняється трійка оксидів P2O5 - Fe2O3 - CaO. У главі II.3 наводяться результати кількісних спектральних аналізів власних проб, відібраних на Новочеркаському ділянці і на рудному дворі збагачувальної фабрики (сел. Фосфорітовий) з руд, концентратів та крейдяних пісків. Проби відбиралися спеціально для аналізу змістів високо токсичних хімічних елементів (As, Cd, Tl, Hg та ін.) Проби аналізувалися кількісними спектральними методами. У колишніх напівкількісний аналізів не вистачало чутливості, щоб виявити ці елементи. Розраховані коефіцієнти концентрації, побудовані геохімічні спектри. Концентрації високо токсичних елементів у фосфоритах невеликі. У главі II.4 наведені результати аналізу закономірностей розподілу змістів основних оксидів (P2O5, Fe2O3, Al2O3, CO, CaO, MgO) за площею Вострянского ділянки. Тут вміщено 21 карта в ізолініях розподілу в просторі семи оксидів в трьох членах фосфоритного серії. Робиться припущення про те, що з часу формування нижнього фосфоритного шару до періоду формування верхнього шару фосфоритного відбулася різка зміна гідродинамічного режиму в морському басейні. Глава II.5. У ній описується геохімія 4-х радіонуклідів (U, Ra, Th, K) всього Єгор'євське родовища. Аналізується розподіл їх змістів і по розрізу, і по Латерано. Розраховуються матриці кореляцій, описові статистики, будуються гістограми. Цікавою є різниця в поведінці урану і торію за потужністю мезо-кайнозойських відкладень. Концентрації урану позитивно корелюють з вмістом фосфору, а торію - ні. При переході з фосфоритів верхнього шару в Валанжинський піски концентрації U падають як мінімум в 5 разів, в той час як змісту Th залишаються практично на тому ж рівні. З цього можна зробити висновок про те, що та шляхи надходження, і області харчування (зносу) у урану і торію були різними. У чолі II.6 узагальнені дані з геохімії рідкісноземельних елементів в родовищі. Вони були заново перераховані (нормовані) і представлені графічно за загальноприйнятими зараз методиками. З'ясувалося, що для Єгор'євське родовища дуже характерні позитивні аномалії церію і неодіма. Такі ж аномалії є в Вятско-Камсько родовищі. Решта платформні родовища Європи більш пізнього віку позбавлені цієї особливості. Вважається, що церіевие аномалії характерні для субаеральних умов формування опадів.

що захищається положення (Теза 2). Аналіз змістів макроелементів (основних оксидів) і концентрацій елементів-домішок дозволяє припустити, що між формуванням нижнього і верхнього фосфоритного верств відбулася різка зміна гідродинамічного режиму в морському басейні. Торій і уран надходили в басейн з різних джерел - після формування фосфоритного серії вмісту урану знизилися в 5 і більше разів, а концентрації торію залишилися колишніми. Для фосфоритів Єгор'євське родовища характерні позитивні аномалії церію і неодіма, відсутні в більшості інших фосфорітових родовищ. Змісту оксидів (Fe2O3, Al2O3), шкідливих для виробництва суперфосфатів, знаходяться в фосфоритах в допустимих межах.

Частина III.

Частина III. Екологічні проблеми розробки родовищ фосфоритів різноманітні, але для Єгор'євське родовища найбільш гостро стоять п'ять проблем, розгляд яких зведено в 5 голів.

Глава III.1. Порушення ландшафту на Єгор'євському родовищі є однією з найбільш серйозних екологічних проблем. Дуже велика загальна площа всіх ділянок -- приблизно 400 км2. Образно кажучи, на площі трохи меншої площі м. Москви потрібно знести ліси, луки і поля, зняти розкривні породи (від 2 до 30 м), добути фосфорити, а потім повернути розкривні породи на місце, розрівняти, рекультивувати і знову засадити лісом. Детально розроблена технологія розробки фосфоритів (<рухома траншея>), яка дозволяє виконати цю величезну за обсягом роботу з мінімальною шкодою для природи. Причому, доведено, що через 30-50 років повністю відновлюються не тільки самі ландшафти, але і біоценоз. Великі площі займуть також відходи збагачення фосфоритів. І хоч їх розміщують на малоцінних, знижених, болотистих ділянках, а потім засаджують лісом, але ландшафт в цих місцях змінюється докорінно. Роботи з відновлення ландшафтів вимагають великих матеріальних і фінансових витрат. Вони помітно знижують рентабельність розробки фосфоритів.

Глава III.2. Попутно знищення інших мінеральних родовищ - ще один серйозна екологічна проблема. Справа в тому, що стратиграфічні вище фосфоритного серії залягають родовища формувальних, скляних і будівельних пісків, вогнетривких і цегельних глин. Природно, при видобутку фосфоритів все ці корисні копалини, як розкривні породи, будуть скинуті у відвали і безповоротно втрачено. Тільки у вже розвіданих родовищах може зникнути більше 0,5 млрд. т формувальних і скляних пісків. Поза сумнівом, ці втрати негативно позначаться на економіці гірничодобувного підприємства.

Глава III.3. Вплив видобутку фосфоритів на підземні та поверхневі води, як це чітко доведено гідрогеологами, буде мінімальним. Фосфоритне серія стелить потужним (15-30 м) водоупором - Оксфордський глинами. Розробка фосфоритів зупиняється в покрівлі оксфордських глин. Завдяки цьому водоупору основний (Мячковському) горизонт підземних вод, що використовується для водопостачання населення, надійно оберігаючи від забруднення. З досвіду відомо, що поверхневі води, пройшовши відстійники, стають практично чистими.

Глава III.4. Токсичні елементи в фосфоритах - це те, що, дійсно, становить небезпеку. Будучи внесеними разом з фосфоритного борошном в грунт, вони можуть потрапити в рослини, а далі по харчовому ланцюжку - в людину, створюючи загрозу його здоров'ю. Загальноприйнятою методики оцінки безпеки використання добрив з відомими концентраціями токсичних елементів немає. У дисертаційної роботи використовується 3 способи. Один зі способів запропонований вперше. Він полягає в наступному. Здається норма внесення фосфору в грунт, наприклад, 100 кг P на 1 га. Конкретно, в фосфоритного борошні міститься 25% P2O5. Шляхом перерахунків можна з'ясувати, що фосмукі потрібно буде внести на гектар без малого 1 тонну, щоб чистого P виявилося 100 кг/га. Здається глибина внесення добрива, скажімо, 0,2 м. Потім обчислюється коефіцієнт разубожіванія (або розведення), що дорівнює вазі внесеного добрива, поділене на масу грунту, в яку воно заорювати. Приймемо, що об'ємна маса грунту дорівнює 1,5 т/м3. Тоді коефіцієнт разубожіванія буде дорівнює 1/3000, тобто 1 т фосфоритного борошна <розчиниться> у 3 тис. т грунту. Тим самим зміст певного хімічного елемента в грунті буде одно вихідного вмісту його в грунті до внесення добрива плюс 1/3000 частина від концентрації цього елемента в удобренні. Знаючи ці сумарні концентрації, ми можемо оцінити безпеку застосування добрива, використовуючи далі добре відпрацьовану методику оцінки забруднення грунту токсичними хімічними елементами. Результати оцінки безпеки застосування добрив всіма 3-ма способами показали, що використання фосфоритного борошна як добрива безпечно.

Глава III.5. Радіаційна безпека видобутку, переробки та використання Єгор'євський фосфоритів як добрива неодноразово констатувалося різними інститутами, організаціями та комісіями. Нам залишалося перевірити, чи відповідають вмісту радіонуклідів новим вимогам <норм радіаційної безпеки> [НРБ-99]. Вмісту радіонуклідів у фосфоритах і вмісних породах безпечні як для людей, що працюють на їх видобутку і збагаченні, так і для навколишнього населення. Вмісту радіонуклідів у фосфоритного борошні відповідають новим нормам з радіаційної безпеки для їх концентрацій у добривах.

що захищається положення (Теза 3). Видобуток і переробка Єгор'євський фосфоритів і використання виробленої з них фосфоритного борошна як добрива -- безпечні з точки зору концентрацій токсичних хімічних елементів і радіонуклідів. При розробці фосфоритів повністю знищуються ландшафти, які відновлюються, але тільки через кілька десятків років. Попутно при видобутку фосфоритів знищуються родовища формувальних і скляних кварцових пісків, вогнетривких і цегельних глин.

Частина IV.

Частина IV називається "Економічна геологія". В ній проводиться основна ідея дисертації - залежність фінансово-економічної оцінки родовища від багатьох параметрів. Не останню роль у такій оцінці грає величина прийнятих бортових і мінімальних промислових значень основних параметрів родовищ. У сучасному варіанті доводиться робити десятки варіантів розрахунків запасів корисних копалин, тому важливо, щоб такі поваріантние розрахунки були не тільки повністю автоматизовані, але й проводилися новими геостатистичних методами.

Глава IV.1. Підрахунок запасів ділянки проводився в послідовності: побудова варіограмм