»
Дипломный проект
Ростовский государственный университет
Кафедра минералогии и петрографии
Ростов-на-Дону
1997
ВВЕДЕНИЕ
На территории Темрюкского района Краснодарского края, значительным распространением пользуются морские пляжевые песчаные отложения различного минерального состава. Эти отложения изучались на протяжении последних десятилетий многочисленными исследователями. Среди которых стоит упомянуть профессора Ростовского университета И.А. Шамрая.
В результате установлено, что данные породы представляют интерес, как горнорудное сырье, местные ресурсы которого весьма ограничены. С другой стороны значительный научный интерес представляет происхождение этих образований и источник поступления минералов магнитной и электромагнитной фракций.
Настоящая дипломная работа посвящена детальному изучению минерального состава пляжевых отложений и оценкой перспектив их промышленного использования. Целью данной работы является:
1. Характеристика геологической и геоморфологической обстановки Таманского полуострова.
2. Изучение минерального состава пляжевых отложений.
3. Определение генезиса этих отложений.
4. Оценка перспектив практического использования.
Дипломная работа объемом страниц состоит из введения, 4-х разделов, заключения и списка использованной литературы.
В основу работы положен практический материал, собранный в ходе проведения производственных литологических практик 1995-1996гг. Было отобрано более 60 проб по 25 профилям, пройденным вкрест простиранию пляжевых отложений. Все пробы подвергнуты детальному минералогическому анализу, проведенного автором в лаборатории литолого-фациального анализа на кафедре “Минералогии и петрографии”.
Автор выражает благодарность всему преподавательскому составу, и лаборантам кафедры “Минералогии и петрографии”, а так же преподавателям других кафедр, за помощь и содействие, оказанное при написании данной дипломной работы.
ОСОБЕННОСТИ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ ТАМАНСКОГО ПОЛУОСТРОВА.
1.1. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ОЧЕРК.
Район исследований расположен в юго-западной части Таманского полуострова; с юга и юго-запада его ограничивает Чёрное море, а с севера Таманский залив.
Таманский полуостров, в свою очередь, расположен на юго-западе России, где вместе с Крымом разделяет акватории Чёрного и Азовского морей. В административном плане он принадлежит Краснодарскому краю, краевой центр город Краснодар.
Берега морей отличаются крутизной, их обрывы достигают в высоту 100 м. В понижениях прибрежной части отмечаются лиманы и мелкие озёра. Рельеф полуострова равнинный, всхолмлённый. Холмы образуют параллельные гряды, разделённые понижениями. Кроме того, отмечается 25 грязевых вулканов, образующих сопки высотой до 164 м. Таким образом, учитывая нулевые высоты у берегов, относительные превышения достигают 164 м.
Что касается гидрографической характеристики района, то это практически безводная степь. Реки отсутствуют (кроме реки Кубань, на севере), не отмечается ни родников, ни источников. Источники питьевой воды расположены только в населённых пунктах. Опираясь на вышеописанное можно отметить, что обнаженность района хорошая вдоль морских берегов и плохая в степной части.
Климат Тамани характеризуется как степной, смягчённый, что обусловлено близостью морских бассейнов. Хотя количество осадков очень невелико (в среднем 399 мм/год), засухи здесь не сильны, и летом температуры достигают в среднем 30 градусов по Цельсию. Такой характер обусловлен действием воздушных масс, приносящих кроме того, осенью максимальное количество осадков (до 600 мм) и выдерживающих температуры зимой около + 5 гр. Таким образом, среднегодовые температуры на Тамани колеблются в пределах 10-14 градусов по Цельсию. Другой особенностью полуострова являются пыльные бури, вызываемые дующими зимой и летом северо-восточными и восточными холодными ветрами. С последними связана также малая высота снежного покрова (первые сантиметры), выдуваемого с равнин. При наличии кратковременных морозов грунт промерзает на глубину до 5 см.
Растительный мир - типично степное - полынное разнотравье, лесные угодья отсутствуют.
Животный мир не отличается многообразием, в основном это грызуны (мыши, суслики), пресмыкающиеся (степные гадюки), из насекомых можно выделить скалапендр, обладающих сильным ядом, кроме того, распространены степные птицы.
На полуострове располагается ряд населённых пунктов: Тамань (наиболее крупный посёлок), Ахтанизовская, Вышестеблиевская, Старотитаровская, и др. (см. обзорную карту.)
Ведущими отраслями народного хозяйства на полуострове являются: рыболовная и рыбоперерабатывающая промышленности, растениеводство и животноводство. Здесь выращиваются виноградные, бахчевые культуры, табак. Разводят крупный рогатый скот. Энергетическое обеспечение и связь производится по ЛЭП, телефонным и телеграфным линиям. Полуостров связан с другими регионами железнодорожными и морскими путями. В посёлке Тамань расположены ж\д. станция и пристань. По полуострову проведена сеть асфальтированных и улучшенных грунтовых дорог.
1.2. ЛИТОЛОГИЯ И СТРАТИГРАФИЯ
Стратиграфический разрез полуострова начинается с отложений кайнозоя. Они представлены породами олигоцена - нижнего миоцена, так называемой майкопской серии, выходящей в ядрах антиклинальных структур (простых и диапировых). Более древние отложения в пределах Тамани на поверхность не выходят.
ПАЛЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА
Олигоцен - нижний и низы среднего миоцена.
( Майкопская серия)
Майкопская серия представлена на рассматриваемой территории мощной толщей глинистых и песчано-глинистых отложений. В её составе выделяют нижнюю (нижний и средний олигоцен), среднюю (верхний олигоцен) и верхнюю (нижний и низы среднего миоцена) подсерии.
Нижний - средний олигоцен
( Нижнемайкопская подсерия)
Эти отложения носят название Хардумская свита. Они представлены мощной толщей тёмных глин, известковистых, с прослоями мергелей в центральной части разреза. Мощность свиты около 120 м.
Верхний олигоцен
( Среднемайкопская подсерия)
Отложения среднего майкопа представлены Абадзехской и Восковогорской свитами. Абадзехская свита залегает с некоторым несогласием на подстилающих отложениях. Породы представлены в основном серыми неизвестковистыми глинами с прослоями алевролитов. Мощность свиты достигает 100 м.
Восковогорская свита на рассматриваемой территории представлена песчано-спонголитовым и диатомовым горизонтами. Мощность свиты около 100 м.
Нижний и низы среднего миоцена
( Верхнемайкопская подсерия)
Верхний майкоп сложен тёмными глинами, неизвестковистыми с налетами ярозита и многочисленными конкрециями сидерита. Мощность подсерии достигает 150 м.
НЕОГЕНОВАЯ СИСТЕМА
( Средний и верхний миоцен)
В отложениях миоцена в рассматриваемом районе выделяют средний и верхний подотделы. Причем в среднем миоцене подразделение производится на горизонты: Тарханский, Чокракский, Карагачский, Конкский. В верхнем миоцене выделяются сарматский и мэотический яруса. Отложения отдела представлены как морскими, так и континентальными образованиями. Причем от нижележащих пород комплекс отделен следами размыва и трансгрессивным залеганием.
Средний миоцен
Тарханский горизонт. Отложения представлены темно-серыми известковистыми глинами, в верхней части песчанистыми, с мергелистыми конкрециями. В нижней части разреза отмечается прослой буровато-серого плотного мергеля, мощностью до одного метра. Общая мощность горизонта около 10 м. Литологически Тарханский горизонт резко отличается от Майкопских отложений повышенной известковистостью пород и наличием богатой фауны из которой можно выделить Amussium denudatum .
Чокракский горизонт на Таманском полуострове представлен глинистыми отложениями с редкими прослоями мергелей. Отмечаются остатки Spirialis fragilis и др. Мощность около 30 м.
Карагачский горизонт представлен толщей синевато-серых и темно-серых нередко песчанистых глин с частыми прослоями доломитизированных мергелей и детритусовых известняков. В верхней части разреза появляются прослои серых глин и мергелей, содержащих прожилки твердого битума. Встречена фауна Spanidontella и рыбные остатки. Мощность горизонта достигает 100 м.
Конкский горизонт залегает согласно на подстилающих толщах, и в нижней части сложен глинами серыми, известковистыми. Выше по разрезу залегают глины темно-бурые, листовые с ярозитом, в них отмечен пласт сине-серого мергеля. Верхи горизонта сложены почти черной известковистой глиной. Встречается Syndesnia reflexa. Мощность 10 м.
Верхний миоцен
Представлен сарматскими и мэотическими отложениями. Хотя наличие последних здесь оспаривается некоторыми исследователями.
Сарматский ярус на Таманском полуострове представлен всеми тремя подъярусами. Границы как между сарматом и средним миоценом, так и в пределах самого яруса согласные.
Нижний сармат сложен однообразной толщей глин с редкими прослоями алевролитов и мергелей. Встречены Syndesmia reflеxa и Mactra elchwaedi.
Средний сармат представлен серыми, сильно известковистыми глинами, с прослоями зеленовато-серых мергелей; в верхней части разреза залегают глины с органогенными известняками и песчаниками. Фауна Cryptomactra pesonseris.
Верхний сармат представлен мощной толщей чередующихся зеленовато и голубовато-серых глин и светло-серых мергелей в низах разреза. В толще отмечаются прослои мергелей и плотного доломитизированного песка, а также диатомитовых глин. Отмеченыостатки Mactra noviculata и Mactra caspia. Общая мощность сармата достигает 500 м. Наиболее мощная средняя толща - до 300 м.
Мэотический ярус выражен в двух фациях: мелководной - в ядрах антиклиналей, глубоководной - синклиналей; и в составе трех горизонтов. Нижний горизонт представлен глинами и мшанковыми известняками мощностью от 17 до 140 м. Средний горизонт представлен глинами с прослоями диатомитов, мощность его 114 м. Верхний горизонт состоит главным образом из песчаных слоистых глин с прослоями тонко зернистого песка. В верхах разреза встречены Covgeria syndesmia tellinoides. Мощность горизонта 40 м.
Плиоцен
Плиоценовые отложения на Тамани представлены тремя подотделами. Причем в составе нижнего плиоцена выделены понтический ярус, средне-киммерийский и куяльницкий ярус. В составе верхнего плиоцена выделена толща называемая таманским горизонтом. В общем, плиоценовые отложения залегают согласно на миоценовых.
Нижний плиоцен
Понтический ярус представлен глубоководными отложениями, сложенными зеленовато-серыми глинами с редкими прослоями песчаников, мергелей, и известняков-ракушечников. Понтические отложения согласно залегают на мэотических толщах. В низах разреза встречены Congeria, в верхах Paradiacha, Valencienessia. Мощность понта 100 м.
Средний плиоцен
Киммерийский ярус залегает согласно на понтических отложениях и представлен в составе азовского и пантикапейского горизонтов. В основании азовского горизонта отмечается пласт мергеля, перекрывающийся пачкой чередующихся карбонатных и некарбонатных глин.
Камышбурунский (рудный) горизонт сложен серыми некарбонатными глинами. В глинах содержатся прослои сопочной брекчии, песчаников, сидеритов, на крыльях синклиналей - железистых ракушечников и бурого железняка. В синклиналях отложения горизонта залегают согласно; в антиклиналях иногда несогласно перекрывают более древние толщи. Мощность отложений до 200 м. В описанных горизонтах встречена Arcicardium accardo и др.
Выше согласно и без перерыва залегает пантикапейский горизонт, слагающий нижнюю часть так называемых “нерудных слоев”. Верхняя часть этих слоев относится к куяльницкому ярусу.
Верхний плиоцен
Куяльницкий ярус. Отложения представлены чередованием серых некарбонатных глин и тонкозернистых светлых песков с преобладанием последних в верхах толщи. Пески распространены в антиклиналях, а глины в синклиналях. В этих толщах отмечаются редкие прослои алевролитов, мергелей, глинистых ракушечников, кроме того сопочной брекчии. Ярус несогласно залегает на киммерийском. Мощность от 200 м в синклиналях и до полного выклинивания в диапирах.
Таманский горизонт в основании представлен чередованием серых песков и пестрых карбонатных глин с редкими гальками песчано-известковистых пород. В центре синклиналей отложения горизонта залегают согласно, а по периферии перекрывают породы куяльницкого и киммерийского ярусов. В последнем случае в основании отмечаются маломощные прослои галечника и рыхлого конгломерата. Вышеописанные толщи содержат остатки Didocna barieeicrassa. Выше залегают коричневато и красно-бурые глины с прослоями суглинков, супесей, реже глинистых песков. Мощность горизонта более 70 м.
ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СИСТЕМА
В отложениях системы выделяют как морские, так и континентальные образования.
Морские отложения
Чаудинские слои. Наиболее древними считаются слои кварцевых песков, перекрываемые светло-бурыми суглинками с фауной Carlicnta flaminali. Общая мощность более 6 м.
Древнеэвксинские слои. Представлены двумя фациями: песчаной и глинистой и распространены шире чаудинских. Пески с подчиненными пропластками глин голубовато-серых. Глины тонкослоистые, желтые с прослоями суглинков и линзами песков. Мощность отложений до 17 м. Важно отметить, что если принадлежность древнеэвксинских слоев к четвертичной системе не вызывает сомнений, то по поводу чаудинских слоев существуют разногласия: некоторые исследователи относят их к верхам плиоцена.
Континентальные отложения
Характеризуются широким разнообразием. Наиболее древними являются делювиальные отложения слагающие толщи мощностью в несколько метров и представленные суглинками.
Кроме того, к современным отложениям можно отнести сопочную брекчию грязевых вулканов. Это глинистая порода с обломками мергелей и майкопских сидеритов. В континентальных водоемах, а также в лиманах происходит осаждение солей и илов.
1.3. СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
В тектоническом плане Таманский полуостров принадлежит Керченско-Таманскому поперечному прогибу и составляет восточную его часть. Этот прогиб заложен на западном продолжении мезозойских структур Западного Кавказа и южном борте Западно-Кубанского передового прогиба. Для Тамани характерна конседиментационная складчатость и в связи с этим соответствие слаборасчлененного рельефа и складчатых структур. Таким образом, здесь проявляются неотектонические движения.
Складчатые структуры
На полуострове с севера на юг выделяется восемь широтных антиклинальных структур: Кизилташская, Ереминская и Благовещенская; кроме того мыса Каменного, Фонталовская, Цимбалы, Фанагорийская, Карабетовская, в юго-западной части полуострова между пятой и шестой зонами намечается начало еще одной - мыса Зеленского, которая развивается в пределах Чёрного моря. Эти зоны сравнительно узки (1 - 2 км) состоят из кулисообразно расположенных складок. Между ними располагается более широкие (2 - 3 км) синклинальные зоны, выполненные плиоценовыми и четвертичными морскими отложениями.
Антиклинали часто имеют диапировый и криптодиапировый характер. В ядрах диапиров обнажаются перемятые глины майкопской серии, прорывающие пласты миоцена и плиоцена. Углы падения складок 15 - 20 градусов и более. Диапировые структуры обычно скошены в сторону более глубоких синклиналей. Ядра синклиналей характеризуются большей мощностью отложений и согласным залеганием толщ.
Важно отметить, что на глубине 4000 м палеогеновые толщи характеризуются менее интенсивной складчатостью, чем неогеновые. Более того, в северной части полуострова и мезозойский комплекс смят более полого чем неогеновый. Лишь на юго-востоке этот комплекс сложно дислоцирован и напоминает структуры Северо-западного Кавказа.
Как уже отмечалось простирание складчатых зон на Тамани широтное, а вдоль Черного моря складки круто заворачивают к югу. Однако мезозойские структуры видимо соединяются с таковыми Горного Крыма и если поворачивают к югу, то не так резко.
Таким образом, складки Тамани определяют продольную зональность, но помимо таковой выражена и поперечная. Последняя обусловлена наличием разломов.
Дизъюнктивные нарушения
Джигинский разлом ограничивает Керченско-Таманский прогиб с востока; через центр полуострова проходит Вышестеблиевский прогиб (или флексура), наконец вдоль Керченского пролива намечается третий разлом.
Вышеприведенные разломы образуют две ступени: Ахтанизовскую - между первым и Запорожскую - между вторым и третьим. Ахтанизовская ступень более опущена. Важной особенностью Таманского полуострова является наличие грязевых вулканов. Здесь и в смежных акваториях насчитывается 27 таких проявлений. Многие из вулканов имеют корни опущенные до отложений нижнего мела, то есть на глубину 5-6 км.
1.4. ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Как уже отмечалось на Таманском полуострове прослеживается прямая связь между геологическими структурами и геоморфологическими формами.
Так можно выделить несколько субширотных хребтов брахиантиклинального или диапирового характера, разделенных пологими впадинами- синклиналями. Это основной план рельефа. Важно отметить отсутствие оврагов и других резких эрозионных срезов. Лишь морские берега часто обрывисты, но и они нередко выполаживаются. Грязевые вулканы также серьезно влияют на морфологию рельефа, создавая положительные, в основном изометричные формы. Также важной особенностью в рельефе Тамани является наличие лиманов, часто отгороженных от моря пересыпями. В последних случаях вдоль берегов образуются мелкие соленые озера.
Прямой связи месторождений железных руд и других полезных ископаемых с морфологией рельефа не наблюдается.
Новейшие движения имеют на Тамани отрицательный знак, обуславливая образование лиманов.
1.5. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
В гидрогеологическом отношении полуостров относится к Азово-Кубанскому артезианскому бассейну. На данной территории выделен плиоценовый водоносный комплекс, в котором водо-несущими являются отложения куяльницкого и киммерийского ярусов.
Водоносный комплекс куяльницкого яруса
Комплекс состоит из нескольких водоносных горизонтов мощностью от 4 до 25 метров, а общая их мощность составляет от 15 до 200 метров. Такое строение обусловлено чередованием песчаных и глинистых пластов. Глубина залегания вод колеблется от 2 до 170 метров. Напоры изменяются в пределах 20-200 метров, но наибольшими величинами характеризуются в пределах синклинальных складок. Дебиты колодцев и скважин составляют от 0,17 до 4 м/с. Коэффициенты фильтрации водовмещающих пород колеблются от 0,16 до 15 л/сутки. Минерализация вод от 0,2 до 9 г/ л, иногда более. Состав гидрокарбонатно-кальциевый, гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевый, сульфатно-натриевый. Питание горизонтов происходит за счет атмосферных осадков и грунтовых вод четвертичных отложений. Разгрузка очень слаба с чем видимо и связана повышенная минерализация. Режим вод полностью зависит от осадков: весной и осенью отмечается максимальный уровень, зимой и летом - минимальный. Воды комплекса используются в зависимости от минерализации: 0,2-3 г/л - как питьевые, 3 - 9 г/л - водопой скота и хозяйственные нужды.
Водоносный комплекс киммерийского яруса
Комплекс, как и предыдущий, сложен песчаными и глинистыми пластами, часто переслаивающимися и образующими несколько водоносных горизонтов, гидравлически связанных между собой. Глубины залегания вод от 2 до 300 м. Как выше описанные, данные воды имеют напор в пределах синклиналей, тогда как близ осей антиклиналей он отсутствует. Дебит колеблется от 0,04 до 0,3 л/сек. Коэффициент фильтрации пород изменяется от 0,15 до 8 м/сут. Эти воды более опреснены, чем воды куяльницкого яруса и минерализованы в пределах 0,4 - 6 г/л. Пресные воды относят к гидрокарбонатно-кальциевым и гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевым. Питание описанных горизонтов комплексное: атмосферные осадки, подземные воды куяльницкого яруса, кроме того воды более глубоководных горизонтов. Разгрузка вод также слаба. Режим аналогичен таковому в куяльницком ярусе, использование вод также не отличается от вышеописанных.
2. МЕТОДИКА ПРОВОДИМЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Подготовка шлихов включает: взятие средней пробы, рассев на ситах, магнитную и электромагнитную сепарацию, и разделение по удельному весу путём отдувки и отмывки или с помощью тяжёлых жидкостей и расплавов. Средняя проба и полученные после подготовки фракции взвешиваются на технических весах с точностью до 0,01 г.
2.1 ВЗЯТИЕ СРЕДНЕЙ ПРОБЫ.
Шлихи нередко поступают в лабораторию в количествах, значительно больших, чем требуется для анализа, и в таких случаях они подлежат сокращению, т. е. выделению из них средней пробы.
Средняя проба по минералогическому составу и количественным соотношениям присутствующих минералов должна с достаточной точностью представлять исходную массу шлиха. В большинстве случаев вес средней пробы, необходимой для полного минералогического анализа, составляет 10-20 г. В том случае, если шлихи богаты магнитными и электромагнитными минералами (магнетит, ильменит, гематит, пироксены, амфиболы, гранаты), среднюю пробу следует брать большего веса, чтобы с большей точностью определить содержание полезного редкого минерала, концентрирующегося в неэлектромагнитной фракции.
Серые шлихи, богатые лёгкими минералами, перед взятием средней пробы необходимо домывать, т. е. концентрировать в них тяжёлые минералы.
Среднюю пробу рекомендуется брать из равномернозернистого материала, в котором колебания размера зерен не превышали бы десятых долей миллиметра. Если проба состоит из очень неравномерного по крупности материала, необходимо произвести рассев на ситах, т. е. отделить крупнозернистый материал от мелкозернистого материала, и взять среднюю пробу из мелкого класса.
2.2 РАССЕВ НА СИТАХ
Рассев т. е. разделение пробы по крупности зерна, применяют в том случае, если материал не однороден по крупности. Более однородный по крупности материал, каким являются продукты рассева, называемые классами, обеспечивает большую чистоту последующего фракционирования по магнитным свойствам и удельному весу. Кроме того, рассев облегчает определение количественных отношений между минералами и даёт характеристику минерала по крупности.
При узкой классификации, т. е. при большом количестве применяемых сит, между размерами отверстий в смежных ситах должно существовать определённое отношение, называемое модулем классификации. Так, в одном из наиболее распространённых наборов сит модуль равен квадратному корню из 2, а за основание принято стандартное сито 200 меш (200 квадратных отверстий на один линейный дюйм со стороной квадрата, равной 74 микронам или 0, о74 мм).
2.3 МАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ
Следующая операция после взятия средней пробы и её взвешивания - магнитная сепарация постоянным подковообразным магнитом. На простой магнит притягиваются сильно магнитные минералы: магнетит, титано-магнетит, пирротин, самородное железо.
Работа с таким магнитом весьма проста. Материал рассыпают на большом листе гладкой бумаги и разравнивают слоем 1-2 мм. Чем тоньше слой, тем меньше возможность загрязнения магнитной фракции немагнитными минералами. Над этим слоем несколько раз проводят магнитом. Для быстрой очистки магнита от притянутых магнитных минералов на его полюсы предварительно надевают чехлы из папиросной бумаги. Обычно провести магнитом один раз недостаточно: пробу несколько раз смешивают и разравнивают в тонкий слой. Эту операцию повторяют, пока на магнит не перестанут притягиваться магнитные минералы. Если проба богата магнитными минералами, то вначале следует магнит держать над слоем пробы на некотором расстоянии, чтобы не захватить посторонних минералов.
При последующих повторных операциях с магнитом уже можно касаться пробы. Наиболее быстро магнитная сепарация осуществляется с помощью многополюсного постоянного магнита Сочнева. Этот магнит представляет собой рифлёную пластинку, отлитую из никель-алюминиевой стали. Пластинка намагничена таким образом, что рифли образуют семь положительных и семь отрицательных полюсов, чередующихся между собой. Эта пластинка вмонтирована в деревянную или алюминиевую колодку, которая служит рукояткой.
Промежутки между рифлями зашпаклёваны, так что рабочая поверхность магнита оказывается гладкой.
В результате сепарации простым магнитом получаются магнитная фракция и немагнитный остаток, который в дальнейшем разделяется электромагнитом.
2.4 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СЕПАРАЦИЯ.
Немагнитный остаток, полученный при оттягивании пробы постоянным магнитом, подвергают затем электромагнитной сепарации. На электромагнит притягиваются минералы с меньшей магнитной проницаемостью, чем магнетит и пирротин. Существуют различные типы электромагнитов, рассчитанные на питание постоянным током от разных источников - от динамомашин и от различных выпрямителей (электролитических, ртутных, купроксных и др.).
В полевых условиях при отсутствии электромагнита можно использовать магнит повышенной интенсивности Сочнева, в некоторой степени заменяющий электромагнит. Однако этот магнит все же значительно слабее электромагнита и работа с ним идет значительно медленнее.
Распространенный электромагнит Окунева допускает силу тока до 8 а.
Лабораторным требованиям удовлетворяет также электромагнит, рассчитанный на 0,3-0,5 а, который питается постоянным током от осветительной сети через выпрямитель, работающий на кенотронах типа ВО- 116 и др. Выпрямитель рассчитывается на несколько диапазонов, при помощи которых регулируется сила тока, подаваемая на электромагнит. В зависимости от изменения силы тока в электромагните изменяется сила магнитного поля. Соответсвенно этому минералы с различной магнитной проницаемостью попадают в различные фракции. Обычно на применяемых моделях электромагнитов можно выделить три электромагнитные фракции: сильно электромагнитную, средне электромагнитную и слабо электромагнитную.
Магнитная проницаемость минералов зависит главным образом от содержания в минерале железа. Реже и в меньшей степени она может быть связана с наличием некоторых других элементов. В сильно электромагнитную фракцию входят рудные железосодержащие минералы: гематит, ильменит, лимонит, хромит и некоторые другие. В средне электромагнитную фракцию обычно входят железосодержащие силикаты: амфиболы, пироксены, гранаты и эпидот. В слабо электромагнитной фракции наблюдаются минералы, содержащие железо в небольшом количестве, или минералы, магнитные свойства которых обуславливаются содержанием других элементов, как, например, сфен, окислы марганца, монацит и др.
Электромагнитная сепарация производится следующим путем. Сначала включают выпрямитель, затем электромагнит. После включения электромагнита в электрическую цепь под полюсы или под один полюс, в зависимости от конструкции электромагнита, подносят материал на одной половине стеклянной пластинки в виде ровного слоя толщиной не более 1-3 мм. Зерна электромагнитных минералов притягиваются к полюсам. Затем под полюсы подносят стеклянную пластинку другой половиной, на которую, при выключении тока, приставшие зерна осыпаются. Операцию повторяют многократно, до тех пор пока полюсы не перестанут притягивать минералы. Для того чтобы избежать засорения электромагнитной фракции неэлектромагнитными минералами, вначале не следует подносить материал близко к полюсам электромагнита: его необходимо держать на расстоянии 3-5 мм. В противном случае сильно магнитные минералы притягиваются сильно толстым слоем и увлекают за собой неэлектромагнитные минералы. Пробу приходится высыпать несколькими порциями, потому что из всей массы невозможно оттянуть в один прием все магнитные минералы. После оттягивания каждой порции полюсы электромагнита тщательно вычищают кисточкой. В результате электромагнитной сепарации получаем одну или несколько электромагнитных фракций и одну неэлектромагнитную. Число электромагнитных фракций зависит от минералогического состава проб и задач исследования.
2.5 РАЗДЕЛЕНИЕ В ТЯЖЕЛЫХ ЖИДКОСТЯХ И РАСПЛАВАХ.
За электромагнитной сепарацией следует разделение в тяжелых жидкостях или расплавах.
Разделению в тяжелых жидкостях обычно подвергают неэлектромагнитную фракцию, так как она, как правило, засорена легкими минералами (с уд. весом меньше 2,9), что затрудняет проведение минералогического анализа. Большей
частью легкие минералы не представляют интереса при анализе шлихов.
Наиболее употребительные жидкости-бромоформ и жидкость Туле. Бромоформ представляет собой органическое соединение с удельным весом 2,8-2,9. Жидкость Туле - водный раствор двойной соли HgI2 2KI с уд. весом 3,17-3,19. Для работы более удобен бромоформ, так как он по сравнению с жидкостью Туле более подвижен и разделение в нем происходит быстрее и чище. Жидкость Туле становится более подвижной, если разбавить ее водой и довести ее уд. вес до 2,9 .
В некоторых случаях для разделения применяются легкоплавкие соли. Наиболее употребительно из них азотнокислая закисная соль ртути HgNO3 H2O с температурой плавления 70 градусов и удельным весом расплава 4,3-4,1 и ниже в зависимости от содержания в соли воды.
При разделении в тяжелой среде получаем две фракции: легкую и тяжелую. В зависимости от того, какая разделяется фракция - электромагнитная или неэлектромагнитная, получаем тяжелую и легкую электромагнитные и неэлектромагнитные фракции. Обычно по удельному весу разделяют неэлектромагнитную фракцию.
При разделении бромоформом в легкую фракцию уходят все минералы, которые имеют удельный вес меньше 2,9: кварц, полевые шпаты, цеолиты, неокрашенные слюды и др. А также в тяжелой фракции концентрируются рудные минералы, в частности содержащие благородные и редкие металлы.
Разделение бромоформом, так же как и другими тяжелыми жидкостями, производится следующим образом. В стеклянную делительную воронку с притертым краном или в простую химическую воронку с резиновой трубкой и зажимами наливают бромоформ. Удобнее употреблять простую химическую воронку диаметром около 8-10 см, на конец которой надета резиновая трубка диаметром 1 см. Перед тем как налить в воронку бромоформ, конец резиновой трубки закрывают зажимом. В воронку с бромоформом засыпают пробу и тщательно перемешивают тонкой стеклянной палочкой; минеральные зерна, приставшие к палочке, смывают бромоформом обратно в воронку. Все минералы с удельным весом выше, чем у бромоформа, падают в нижнюю часть резиновой трубки, образуя тяжелую фракцию; а минералы с удельным весом ниже бромоформа всплывают в нем, образуя легкую фракцию; минералы с удельным весом, равным удельному весу бромоформа, будут находиться во взвешенном состоянии.
Установив момент окончательного разделения по удельному весу минералов в данной жидкости, зажимают резиновую трубку вторым зажимом выше положения столбика тяжелой фракции. После этого открывают первый зажим, закрывающий самую нижнюю часть трубки, и бромоформ с тяжелой фракцией выливают в небольшой химический стаканчик или фарфоровую чашечку. Бромоформ из стаканчика с тяжелой фракцией сливают осторожно опять в воронку таким образом, чтобы зерна минералов тяжелой фракции не попали в легкую фракцию.
2.6 МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ.
После разделения шлиха на фракции, последние подвергают минералогическому анализу, который состоит в просмотре их под бинокуляром.
Шлиховой материал обычно представлен мелкими минеральными частицами, трудно определимыми невооруженным глазом. Поэтому при исследовании шлихов необходимо применение бинокуляра с большими увеличениями. Следует отметить также, что под бинокуляром возможно исследовать лишь материал, крупностью не меньше 0,01 мм, так как минеральные частицы меньшего размера трудно извлекать в виде отдельных зерен для определения физических свойств и оптической и химической проверки минералов.
Под бинокуляром минералы определяют по внешнему виду, физическим и химическим свойствам: форме зерен, габитусу кристаллов, характеру кристаллических граней, осколков, излома, спаянности, штриховке, прозрачности, блеску, цвету, твердости и растворимости в кислотах.
Просмотр под бинокуляром проводят при электрическом свете. При отсутствии электричества можно работать при дневном свете в хорошо освещенном солнцем помещении. При наблюдениях употребляют бесцветные или белые плоские стекла размером 9 на 12см.
Стекло помещают под объективом бинокуляра на столике. Высота подставки зависит от фокусного расстояния объектива. Исследуемый материал высыпают на стекло в виде вытянутой полоски и перебирают иглой или тонким лезвием бритвы. По мере просмотра материала стекло постепенно передвигают по направлению полоски. Зерна, не поддающиеся определению по внешнему виду или нуждающиеся в проверке, извлекают и переносят на предметное стекло размером 2 на 4см при помощи слегка увлажненной иглы или пинцета с тонкими концами для определения или проверки оптическими и химическими методами.
При определении минералов под бинокуляром большое значение имеет форма зерен. По характеру поверхности граней различают кристаллы гладкие, ямчатые, штрихованные и ступенчатые. По габитусу различают кристаллы призматические, столбчатые, таблитчатые, дощатые, пластинчатые и изометричные.
При просмотре шлихов важно учитывать степень окатанности зерен. В этом отношении можно грубо различать слабо окатанные, средне окатанные и сильно окатанные зерна. В слабо окатанных зернах немного сглажены неровности излома или, при сохранившихся кристаллах, частично сглажены ребра и вершины. В средне окатанных зернах исчезают выступы неровностей излома и остаются небольшие углубления, в кристаллах исчезают полностью ребра и вершины, но формы граней еще не нарушены. Поверхность в сильно окатанных зернах совершенно гладкая: здесь отсутствуют и выступы и углубления. В сильно окатанных кристаллах полностью исчезают грани, и минералы призматического облика принимают яйцевидную удлиненную форму, а минералы изометричного габитуса- округлую.
Наличие спайности у минералов устанавливают под бинокуляром по пластинчатой форме осколков и ступенчатым сколам на таблитчатых пластинках.
Прозрачность минерала устанавливают в ненарушенных зернах по их просвечиванию или по характеру порошка. У прозрачных минералов порошок обычно белый или светлоокрашенный в различные оттенки, которые зависят от густоты и характера окраски минерала. Следует учитывать также, что темноокрашенные прозрачные минералы в крупных зернах не всегда просвечивают, а раздробленные в порошок не так сильно окрашены и просвечивают лучше.
Электромагнитная фракция содержит как прозрачные, так и непрозрачные минералы. Магнитная фракция представлена исключительно непрозрачными рудными минералами.
Блеск в мелких зернах также лучше наблюдать под бинокуляром. По этому признаку различают минералы с металлическим, полуметаллическим или металловидным, алмазным, жирным, смолистым и стеклянным блеском. Минералы магнитной фракции имеют металлический блеск. В электромагнитную и тяжелую неэлектромагнитную фракции входят минералы с металлическим, стеклянным, алмазным блеском и др. Минералы легкой фракции обладают преимущественно стеклянным или перламутровым блеском.
При определении цвета минерала различают окраску, свойственную самому минералу, и окраску, связанную с загрязнением, т.е. окраску налетов и пленок, например, пленок гидроокислов железа и марганца.
Твердость определяют для мелких минеральных зерен, прочерчивая зернами по стеклянной пластинке или по пластинкам минералов набора по шкале Мооса. Обычно для этой цели пользуются предметным стеклом, на которое помещают испытуемое зерно.
Твердость определяют также, раздавливая минеральные зерна на предметном стекле стеклянной палочкой или плоской частью пинцета.
Под бинокуляром проверяют, наконец, результаты взаимодействия минералов с химическими реактивами: растворение и получение пленочных реакций.
3. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПЛЯЖЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Минералогический анализ показал, что морские пляжевые отложения Таманского полуострова по минеральному составу можно разделить на три основных типа:
1. Гранат-магнетитовые пески
2. Кварцевые пески
3. Морская ракушка
Основным минералом гранат-магнетитового песка является гранат-альмандин, содержание которого колеблется от 70% до 82%. От 20% до 30% составляют зерна магнетита, кварца, циркона, хромита, ильменита, гематита, амфибола. В незначительном количестве так же встречаются включения рутила и турмалина (в кварце). Напротив же, в кварцевых песках содержание минералов магнитной и электромагнитной фракций ничтожно мало, около 10%. Основную массу составляют зерна кварца и ракушечный детрит. Морская ракушка встречается в больших количествах по берегам Азовского моря и его лиманов.
В гранат-магнетитовых песках магнитная фракция представлена магнетитом. Ее содержание колеблется от 14% до 20%. Содержание электромагнитной фракции в этих песках - 70%-72%, она в свою очередь представлена гранатом, гематитом, амфиболом, хромитом и ильменитом. Все зерна преимущественно окатанные. Тяжелая фракция представлена цирконом, содержание которого довольно низкое, от 3% до 5%. Зерна циркона имеют полуокатанную и полуугловатую форму. Наконец, легкая фракция, представлена кварцем и обломками органического СаСО3. Ее содержание в песках этого типа от 7% до 10%. Следует отметить, что все зерна имеют размер 0,18-0,28 мм, редкие зерна достигают размера 0,3-0,35 мм, и, лишь, зерна кварца имеют более крупные размеры - 0,5-0,75 мм. В целом пески хорошо отсортированы, благодаря волноприбойной деятельности Черного моря. Пески этого типа имеют не очень широкое распространение на Таманском полуострове, и расположены в юго-западной части района, от мыса Железный Рог до озера Соленое. Гранатовый пляж прослеживается на протяжении 8 км, в ширину достигает 20-30 м, при мощности песков от 0,1 до 0,4 м.
Юго-восточнее, от озера Соленое до города Анапа, пляж сложен кварцевыми песками. Содержание легкой фракции, представленной здесь кварцем и раковинным детритом, достигает 90%. Зерна преимущественно окатанные и полуокатанные, хорошо отсортированные. В зернах кварца часто встречаются, так называемые, минералы «узники», т. е. включения, представленные турмалином и рутилом. Электромагнитная фракция представлена гранатами, амфиболами, гематитом, ильменитом и хромитом, и имеет содержание от 5% до 7%. Зерна преимущественно окатанные. Магнитная и тяжелая фракции содержатся в ничтожно малых количествах, и, представлены магнетитом и цирконом соответственно.
Профили, пройденные на побережье Азовского моря не вошли в вышеприведенные таблицы, так как минеральный состав этих отложений не отличается особым разнообразием. Пляжевые отложения тех районов почти на 100% состоят из раковинного детрита, и не представляют интереса при минералогическом анализе.
4. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛЯЖЕВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Учитывая особенности минерального состава пляжевых отложений и требования промышленности, исследованные нами отложения можно считать перспективными на горнорудное сырье. При этом главным минералом является гранат.
Группу граната образуют многочисленные минералы переменного состава R3,R2(SiO4)3, где R=Mg, Fe, Mn, Ca, Al, Cr, реже Ti и V. Конечные члены группы: пироп- Mg3Al2(SiO4)3, альмандин- Fe3Al2(SiO4)2, спессартин- Mn3Al2(SiO4)3, гроссуляр-
Ca3Al2(SiO4)3, андратит- Ca3Fe2(SiO4)3, уваровит- Ca3Cr2(SiO4)3.
Спайность у этих минералов отсутствует, кристаллизуются они в кубической сингонии. Твердость 7,5 для алюминиевых гранатов, до 5,5 для кальциевых. Кристаллы гранатов встречаются довольно часто. Господствующей формой является ромбододекаэдр, также встречается тетрагонтриоктаэдр.
Гранаты (альмандин, пироп и спессартин) основное применение получили в абразивной промышленности как более эффективный материал по сравнению с кремнем и кварцем. В небольшом количестве гранат используется в качестве технического камня в точной механике и электронике. Ценность этого полезного ископаемого подтверждается также тем, что существуют разработки проведенные кафедрой МПИ и специалистами завода Ростсельмаш, открывающие перспективы использования гранатов как формовочного материала.
В 1975 году Н.И.Бойко, В.И.Седлецким и др. были выделены две прогнозные площади.
Первое проявление “Янтарное”, расположено на Черноморском побережье Таманского полуострова, у южного края озера Соленое (лагуна Черного моря), в 4-5км восточнее мыса Железный Рог в районе совхоза “Янтарь”.
Обнаружено С. П. Поповым в 1907 году, описано И.А. Шамраем.
В современных песчаных пляжевых отложениях отмечено наличие граната розового цвета. Гранатовая россыпь прослеживается на расстоянии 1,5-2км, в ширину достигает 20-30м при мощности от 0,1 до 0,4м.
В основной массе песка зерна граната имеют размер 0,18-0,26мм в поперечнике, редкие зерна достигают 0,3-0,35мм, имеют окатанную форму. Минералогический анализ гранатовой россыпи показал, что она состоит из зерен граната, магнетита, лейкоксена, рутила, турмалина, циркона, ставролита, дистена, монацита, ильменита, и эпидота, до 5-7% присутствуют зерна кварца и 1-3% составляют обломки фауны. Основным минералом россыпи является гранат-альмандин, содержание которого колеблется от 70 до 82%. Химический состав альмандина (в %): SiO2- 37,1, Al2O3- 20,5, FeO- 32,6, CaO- 1,9, MgO- 3,5, MnO- 5,0.
Россыпь генетически относится (И.А.Шамрай) к абразионно-пляжевому песчанистому типу. Отмечена необходимость постановки геолого-поисковых работ в районе прибрежной полосы.
Второе проявление “Ахтанизовское”, расположено в северной части Таманского полуострова вдоль южного берега Ахтанизовского лимана.
Описано И.А. Шамраем в 1969 г.
Небольшая гранатовая россыпь прослеживается в пляжевой зоне лимана. По составу эта россыпь мало отличается от альмандиновой россыпи проявления Янтарное. Кроме альмандина, эпидота и ильменита постоянно присутствуют, хотя и в малых количествах, минералы дистен-ставролитовой ассоциации, а также циркон, рутил, турмалин.
Также отмечена необходимость геолого-поисковых работ с целью обнаружения новых россыпей альмандина и выяснения их размеров.
Спустя 20 лет результаты наших исследований подтверждают наличие здесь устойчивых площадей гранат-магнетитовых песков. Несмотря на то, что они являются неустойчивыми в силу активной гидродинамики Черного моря, данные прогнозные площади представляют из себя сложившиеся и весьма устойчивое геологическое тело, являющееся полезным ископаемым на гранат.
В то же время, широким распространением среди морских пляжевых отложений Таманского полуострова, пользуется морская ракушка. Месторождения морской ракушки приурочены к побережью Азовского моря и его лиманов. Генетически они представляют собой современные морские осадки, намытые морскими течениями и прибоями вдоль береговой линии в виде валов и кос. Подобные скопления морской ракушки имеют ширину и длину несколько километров и мощность несколько метров.
На территории Таманского полуострова находится ряд эксплуатируемых и неэксплуатируемых месторождений с утвержденными запасами. Такие как: Ахтанизовское, Кизилташское, Пересыпское, Темрюкское, Джигинское.
Основным компонентом в составе месторождений морской ракушки являются известковые раковины (целые и обломки) современных моллюсков, содержащих в качестве примесей небольшие количества песка, глины, органических остатков и др.
В зависимости от гранулометрического состава и загрязненности морская ракушка может быть использована для балластировки железнодорожного полотна, для обжига на известь, для получения стеновых блоков и для приготовления кормовой муки и крупы.
Заключение
Район исследований в административном отношении принадлежит Темрюкскому району Краснодарского края.
В геологическом строении района принимают участие отложения палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем. В составе четвертичных отложений выделяются морские пляжевые образования, представленные песками различного состава и раковинным детритом.
Основу структурно-тектонического строения района составляет система геоморфологически четко выраженных блоков антикавказского простирания.
В геоморфологическом отношении Таманский полуостров представляет собой холмистую приморскую равнину.
В основе проведенных исследований лежит детальный минералогический анализ пляжевых отложений. В ходе анализа было выделено три типа пород:
Гранат-магнетитовые пески.
Кварцевые пески.
Раковинный детрит.
При этом следует отметить, что на Черноморском побережье полуострова наибольшим распространением пользуются кварцевые пески, а на Азовском - раковинный детрит. Гранат-магнетитовые пески встречаются гораздо реже в виде россыпей, вытянутых вдоль береговой линии.
Изученные отложения, обогащенные гранатом, целесообразно использовать в качестве горнорудного сырья. Пески состоящие из раковинного детрита могут быть использованы для получения стеновых блоков, а так же для приготовления кормовой муки и крупы.
Список литературы
Опубликованная
Бойко Н.И., Седлецкий В.И., Талпа Б.В. Прогнозирование неметаллических полезных ископаемых на Северном Кавказе. Издательство Ростовского государственного университета.
Бойко Н.И., Власов Д.Ф., Голиков-Заволженский И.В., Седлецкий В.И., Талпа Б.В. Справочник по неметаллическим полезным ископаемым Краснодарского края. Части 1 и 2. Издательство ростовского государственного университета. 1975.
Геология СССР, том 9. Северный Кавказ, геологическое описание. М. Недра,1968.
Чуева М. Н. Минералогический анализ шлихов и рудных концентратов. М. Государственное издательство геологической литературы. 1950.
Фондовая литература.
Отчет о поисковых работах на Таманском железо-рудном месторождении, Северо-Кавказское геологическое управление. Краснодар, 1954.
Научно-исследовательский отчет: Исследование и разработка минералого-дикриптометрических критериев оценки качества и методов улучшения свойств формовочных материалов с целью снижения брака отливок.
Труфанов В. Н., Майский Ю. Г. и др. РГУ. Кафедра МПИ и завод РСМ. Ростов-на-Дону. 1978.
|
