ВЕРХНЕКЕМБРИЙСКО-ОРДОВИКСКО-СИЛУРИИСКИЕ МАГМАТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ

Характерной особенностью верхнекембрийско-ордовикско-силурийского магматизма является то, что проявился он лишь в образовании интрузивных комплексов. Вулканогенные комплексы соответствующего возраста отсутствуют.

Комплекс собственно гранитной формации

По особенностям петрографического состава интрузии комплекса могут быть объединены в два типа: а) массивы лейкократовых порфировидных гранитов, г^анит-аплитов и аляскитов; б) массивы лейкократовых сиенитов и нордмаркитов. Эти интрузии в Мартайгинской структурно-формационной зоне объединяются в Крестовский, а в Центрально-Алатауской зоне — в Тыгертышский комплексы.

Химический состав ордовикско-силурийских собственно гранитной и гранодиоритовой формаций указывает на принадлежность пород к группе бедных щелочами и ряду сильно пересыщенных глиноземом.

Тектоника

В Кузнецком Алатау выделяют северную окраину его (Мариинскую тайгу), восточный и западный склоны, Батеневский кряж (восточный отрог) и южное звено — Горную Шорию. Геологические границы этой территории совпадают в общих чертах с границами горного массива Кузнецкого Алатау.

В строении Кузнецкого Алатау отчетливо выражены геотектоническая этажность и ярусность, являющиеся отражением общего хода развития Алтае-Саянской области в целом.

Выделяются следующие этапы формирования Кузнецкого Алатау и соответствующие им структурные ярусы: 1) протерозой , 2) синий— средний кембрий, 3) верхний кембрий — ордовик, 4) нижний — средний девон (эйфель), 5) верхний девон — карбон и 6) мезо-кайнозой.

В основании залегает многокилометровая толща кристаллических сланцев, силикатных мраморов, кварцитов, гнейсов и мигматитов, которая многими исследователями относилась к протерозою и отчасти к верхнему архею.

Магматические процессы в докембрии проявлялись неоднократно и интенсивно. Возможно, что имел место не один тектоно-магматический цикл, а по крайней мере два (Ю. А. Кузнецов, 1960 г.). Оба цикла начинались, по-видимому, с излияния основных эффузивов и образования интрузивных тел основного состава и завершались гранитоид- ными интрузиями. С первыми связаны широко проявившиеся процессы мигматизации, метасоматической гранитизации и щелочного метасоматоза. С гранитоидными интрузиями протерозойского возраста связано довольно широкое проявление инъекционно-контактового метаморфизма и щелочного метасоматоза.

Средний кембрий (мундыбашская и большекитатская свиты) имеет преимущественно эффузивно-терригенный состав, но в некоторых районах Кузнецкого Алатау, например в пределах Батеневского кряжа, представлен также и карбонатными толщами. Мощность среднекембрий- ских отложений достигает 2 тыс. м. По представлениям, развиваемым В. В. Хоментовским (1959 г.) и, отчасти, Д. И. Мусатовым и А. П. Тарковым (1959 г.), формирование отложений данного структурного яруса на большей части территории

Кузнецкого Алатау происходило в геосинклинальной обстановке. Условия мощного прогибания, существовали в относительно узких локальных зонах (геосинклинальных трогах).

Кузнецкий Алатау по условиям формирования отложений данного структурного яруса делится на две части: область внутригеосинклиналь- ных прогибов, к которой они относят главным образом северную часть Кузнецкого Алатау (Мартайга), и область геоантиклинального поднятия (Батеневский кряж и юго-восточная часть Кузнецкого Алатау). Область внутригеосинклинальных прогибов имеет в свою очередь сложное строение с мегантиклинорными и мегасинклинорными промежуточными зонами. В пределах подвижных зон существовала обстановка, свойственная геосинклинальным зонам.. К началу среднего кембрия значительная часть территории Кузнецкого Алатау представляла собой сушу.

Магматизм данного этапа развития области проявился в пределах подвижных зон в эффузивной и интрузивной фациях. Интрузивный магматизм характеризуется преимущественно гипабиссальным типом фаций, тесной пространственной и несомненно генетической связью с вулканогенными толщами, преимущественно основным и среднеосновным составом.

Отложения верхнекембрийско-ордовикского структурного яруса представлены лагунными и прибрежно-континентальными фациями пестроцветной формации. Приурочены они к подвижной зоне, протягивающейся вдоль границ Кузнецкого Алатау с Кузбассом (Кузнецко- Алатауская подвижная зона), где образуют небольшие грабен-синклинальные структуры. Данный этап формирования Кузнецкого Алатау соответствует стадии формирования складчатой области (орогениая стадия). Уже к началу этого этапа подавляющая часть региона представляла собой сушу; здесь интенсивно протекали процессы горо- и складкообразования, соответствующие завершающим движениям салаирской складчатости.

Полезные ископаемые

Марганец

Усинское месторождение марганцевых руд является крупнейшим в Сибири.

По данным Государственной комиссии по запасам полезных ископаемых (протокол ГКЗ от 31 августа 2007 года № 1441-оп), Усинское месторождение марганца является четвертым по размерам в СНГ из разрабатываемых и крупнейшим в РФ (65 % запасов России). Запасы месторождения для открытой и подземной обработки категорий В+С1+С2 составляют 128 млн. т

Месторождение образовано тремя линзовидными залежами, вытянутыми параллель общему простиранию в северо-северо-западном направлении на 4,6 км. Северная (Правобережная) залежь представлена асимметричной линзой мощностью до 215 м, постепенно выклинивающейся к югу до нескольких метров. Центральная, или Левобережная, залежь располагается несколько южнее. Она образована неравномерно перемежающимися

карбонатными марганцевыми рудами и заметно преобладающими марганцевыми известняками и черными сланцами общей мощностью до 170 м. Далее на юг рудоносная пачка расклинивается, руды Центральной залежи замещаются темными марганцовистыми известняками и черными пиритсодержащими сланцами. Последние примерно через 200—300 м к юго-востоку переходят в Южную (Ажигольскую) залежь. Эта залежь представлена серией феррородохрозитовых и мангано-кальцитовых линз (до 25 м), чередующихся с существенно доминирующими темными марганцевыми известняками и черными кремнисто-серицитовыми

сланцами. По сравнению с двумя более северными залежами, в Южной залежи

отмечается существенцо большее количество бедных манганокальцитовых руд, марганцовистых известняков, черных сланцев, вследствие этого общая мощность рудоносной пачки увеличивается до 370 м.

На месторождении развита зона окисления, с которой связаны довольно значительные запасы руд (6%), представленных псиломеланом, пиролюзитом и другими окисными соединениями марганца. Левобережный и Ажигольский участки месторождения характеризуются относительно большой (25 м) глубиной гипергенного окисления.

Основные промышленные запасы Усинского месторождения представлены

карбонатными рудами. Окисные руды кор выветривания также интересны для эксплуатации.

Кальциево-родохрозитовые и феррородохрозитовые разности являются наиболее богатыми среди карбонатных руд. Обычно они характеризуются серым цветом, довольно высокой плотностью (до 3,5), нередко тонкой микрослоистостью, выраженной тончайшей перемежаемостью микропрослоек марганцевого карбоната и железо-марганцевого слоистого силикатного минерала

Рис. 1. Схематическая геологическая карта Усинского марганцевого месторождения.

1 — аллювиальные отложения; 2—3 — породы мундабышской свиты: 2 — лиловые и зеленовато-серые- туфогенные сланцы, песчаники и конгломераты, 3 — порфириты и миндалефиры; 4—10 — породы усинской свиты: 4 — светло-серые известняки с археоциатами, 5 — известковисто-кремнистые сланцы, окремненные

известняки и марганцовистые сланцы и известняки, 6 — марганцерудные тела, 7 —темно-серые окремненные известняки, 8 — доломиты серые, слоистые, с прослоями осадочных брекчий и кремней, 9 — лиловые- и серые туфогенные сланцы и песчаники, Ю — известняки темно-серые, битуминозные; 11—13 — породы кондомской свиты: 11 — метаморфические, зеленовато-серые амфиболовые, хлорит-серицитовые и другие

сланцы, рассланцованные порфириты, 12 — железистые доломиты, 13 — диориты; 14 — дайки диабазов и порфиритов; 15 — тектонические нарушения

1.3 Петрофизические свойства горных пород

Название породы	ρ, Ом*м	η, %
Псиломелан-пиролюзитовые окисленные руды (Мп 30% и более)	60
Родохрозит	120
Манганокальцит-родохрозитовые руды
Родохрозит-манганокальцитовые руды
Манганокальцит	800
Кремнисто-карбонатные породы	10³-10⁵	1,1
Марганцовистые известняки	400	1,4
Темно-серые и серые известняки	10²-10³	1,3
Светло-серые известняки	10²-10³	1,3
Диабазы	10⁴	2,1

Описание физико-геологической модели: породы с высоким содержанием марганцевых руд выделяются аномалиями с повышенным значением поляризации горных пород – 9-25 %. Непосредственно марганцевые руды, состоящие преимущественно из псиломелан-пиролюзита выделяются аномалиями со значением поляризации горных пород до 40%, а также с низким значением удельного электрического сопротивления – 60 Ом*м. Поляризуемость руд зависит главным образом от содержания псиломелана и пиролюзита. Окисленные марганцевые руды верхней части разреза создают интенсивное электрическое поле, которое выделается отрицательным значением потенциала естественного поля порядка -400 мВ.

Рис. 2. Геологический разрез рудной залежи Усинского месторождения. Правобережный Участок.

1 — псиломелан-пиролюзитовые окисленные руды (Мп 30% ч более); 2—5 — первичные руды: 2 — родо- хрозитовые (Мп30% и более), 3 — манганокальцит-родохрозитовые (Мп 24—30%), 4 — родохрозит-манганокальцитовые (Мп 20—24%), 5 — манганокальцитовые (Мп 10—20%); 6 — кремнисто-карбонатные породы; 7 — марганцовистые известняки (Мп 5—10%), 8—9 — безрудные породы: 8 — темно-серые и серые известняки, 9 — светло-серые известняки; 10 — дайки диабазов; 11 - тектонические нарушения.

Проектная часть

2.1 Выбор участка съемки

Для проведения электроразведочных работ был выбран участок, охватывающий бассейн реки Уса, который располагается в южной части месторождения. Выбор участка основан на том, что рудные тела имеют северо-северо-западное простирание и на юге отчетливо не выклиниваются. Исходя из данных предпосылок, можно сделать вывод о том, что вдоль тектонического нарушения могут быть найдены рудные тела.

2.2 Выбор масштаба съемки

При выборе масштабов и сети точек наблюдения расстояния между профилями задаются такими, чтобы искомый объект (рудные тела, структуры и.т.д.) минимальных размеров мог быть точно отмечен не менее чем на трех профилях. При прослеживании выявленных или известных объектов расстояние между профилями определяется необходимой степенью детальности их изучения. Площадь участка работ составляет приблизительно 2,2 км². Профиля будут располагаться с запада на восток, исходя из вероятного расположения рудных залежей (в крест простирания рудных тел). Длина профиля 2200м. Точка увязки профилей будет располагаться вне зоны анамалеобразующиего объекта.

Сеть наблюдений 2,2 км на 1 км;

Масштаб съемки 1:10000;

Тип съемки – площадной;

Расстояние между профилями 100м;

Расстояние между точками наблюдений 40 м;

Общее количество профилей – 23;

2.3 Выбор методов электроразведки

По данным геологического описания участка работ залежи полезного компонента располагаются в непосредственной близости от земной поверхности, и имеют ярко-выраженные аномалии поляризуемости η_к, сопротивления ρ_ки естественного поля. В связи с чем, наиболее эффективными методами для решения геологических задач являются: метод вызванной поляризации (ВП) основанный на изучении вторичных электрических полей, возникающих в горных породах под действием электрического тока и имеющих электрохимическое происхождение, связанное с процессами на контакте твердого вещества и внутрипоровой влаги. Исходя из геологической, гидрогеологической гидрохимической обстановки благоприятствующей созданию достаточно интенсивных естественных электрических полей применим метод естественного поля (ЕП) основанный на изучении постоянных естественных электрических полей локального характера.

2.4 Методика выполняемых работ

Метод вызванной поляризации (ВП)

Разнос приемных электродов MN определяется размером искомого объекта и не должен превышать ее горизонтальную мощность. Оптимальным можно принять разнос MN равный горизонтальной мощности наименьшего выделяемого объекта. MN = 40 м. Оптимальная длина разносов l_АОи l_ОВзависит от глубины расположения и размеров объектов поисков.

Расчет установок:

Для проектирования метода ВП была выбрана симметричная установка с одним разносом.

Размеры установки: AB=400м; MN=40м.

1. Рассчитаем коэффициент установки:

K=3108, 6 – Для AB=400м

2. Рассчитаем необходимый поляризующий ток:

I ≥

I=(3108, 6*0,005)/(60*0,4)=0,65 A

где I - сила тока, А; U_П – уровень помех, В (в рабочем интервале частот или при выбранном временном режиме измерений); К – коэффициент установки, м; r_к – кажущееся удельное сопротивление, Ом×м; h_к- кажущаяся поляризуемость, отн. Ед.

3. Рассчитаем количество необходимых электродов заземлений A и B (Известно, что стабильность поляризующего тока поддерживается при его плотности не более десятых долей миллиамперметра на 1 см² поверхности электродов, лишь в местностях с влажным верхним слоем можно увеличивать ток на каждый электрод до 0,5А):

n≥ /0,1

n≥6,5 следовательно количество необходимых электродов n=7, но для удовлетворения требований по мощности генератора добавим 2 электрода.

4. Вычислим переходное сопротивление (перекрывающей толщи) отдельного стержневого электрода:

где р_г,п - удельное сопротивление пород(245 Ом*м), контактирующих с электродом пород (сопротивление перекрывающего слоя), Ом-м; а=0,1 - длина заземлённой части электрода; b=0,02 - радиус электрода, м.

R=897 Ом

5. Рассчитаем переходное сопротивление заземлений R=897, n=9

R/n= 100 Ом

6. Рассчитаем полное сопротивление питающей цепи R_AB,R_A_’_B_’:

R_AB= R_A+R_B+R_пр+R_бат,

где R_пр – сопротивление проводов, Ом/км;R_бат-внутреннее сопротивление источника тока (батареи), при использовании геофизических проводов марки ГПСМП с R_пр= 10 Ом/км

R_AB=2*100 +10=210 Ом

7. Исходя из силы поляризующего тока (Iпол) и полного сопротивления цепи AB (R_AB), определим параметры источника тока и мощность:

U_пол=I_пол*R_AB, P=Iпол²*R_AB

Uпол=0,65*210 =136 В

P=0,65²*210=89 Вт