Гидрогеологические условия
Комсомольское месторождение железистых кварцитов приурочено к северо-западному и западному склонам возвышенности с отметкой 250-265 м. поверхность месторождения расчленена рядом неглубоких долин, имеющих, в основном, юго-западное направление. Перепад высот поверхности месторождения составляет 109,5 м (наивысшая 250,0 м, наименьшая 140,5 м.).
На месторождении развиты четвертичные отложения (моренные) и кристаллические породы, представленные железистыми кварцитами, гнейсами, пегматитами и диабазами среднего протерозоя.
Структура месторождения представляется в виде моноклинали, круто падающей на юго-запад. Разрывных нарушений со значительными амплитудами смещения на месторождении не установлено.
Микросбросы с амплитудами смещения до нескольких сантиметров иногда фиксируются в железистых кварцитах.
На Комсомольском месторождении в отличие от других железорудных месторождений Заимандровского района имеется довольно мощный чехол рыхлых четвертичных отложений, представленных основной короной. В связи с этим на месторождении был выполнен комплекс специальных работ по изучению состава и фильтрационных свойств рыхлых отложений (Рис.24). Опробование четвертичных отложений проводилось в скважинах №№ 82, 85, 95, 102, 109, 121, 129, 130, 140. Отобраны3 пробы грунта и проведены две опытные откачки. пройдено 18 шурфов на целике. Определение гранулометрического состава выполнено центральной лабораторией ПГО «Севзапгеология». Результаты представлены в приложении № 47 т.IV. по результатам анализов четвертичные отложения в переделах месторождения представлены. в основном, суспечеными отложениями с включениями дресвы и щебня; в виде линз и прослоев встречаются суглинки и пески (рис. №25).
Мощность морены колеблется от 0,3 (скважина 3 6) до 48,0 м. (скважина № 29). средняя мощность четвертичных отложений на месторождении составляет 16,0 метров (граф. прил. № 80).
Подземные воды приурочены к четвертичным отложениям и к трещинам кристаллических пород, образуя единый, гидравлически связанный, водоносный горизонт. морена обводнена только в центральной части месторождения (от пр.8 до пр. 15). На остальной части морена необводненеа совсем или только в приподошвенной части (скв.22). Глубина залегания уровня колеблется от 1,5 до 23,5 м.
На охранном целике было пробурено 5 инженерно-геологических скважин 130, 131, 121, 129, 140 и пройдены 18 шурфов глубиной от 1,2 до 14,1 м. морена во всех этих выработках представлена супесями с небольшими прослоями суглинка, песка. Грунтовые воды в скв. №129 и № 140 и шурфах не встречены. в скв. 121 грунтовые воды залегают на глубине 31,0 м.
Изучение фильтрационных свойств проводилось полевыми и лабораторными методами. Откачки были проведены в скв. 82 и 130. При откачке из скв. 82 (водоносный горизонт представлен прослоем песка в инт. 29,0-32,3 м.) коэффициент фильтрации получился 3,2 м/сут.
Изучение водообильности пород при проведении инженерно-геологических изысканий (работа М.П.Вчерашнего, 1966 г.) показало, что Кф изменяется с глубиной следующим образом:
0-2,0 м - 0.1-0.4 м/сут.
2.0-4.0м - 0.1-0.6 м/сут.
4.0-6.0м -0.04-0.3 м/сут.
6.0 –м - 0,001-0.3 м/сут., т.е. видно, что проницаемость пород с глубиной уменьшается. Это объясняется более плотным сложением крупнообломочного заполнителя, а также увеличением с глубиной содержания пылевато-глинистых частиц.
В целом для месторождения при расчете притока воды в проектируемый карьер принят средневзвешенный Кф равный 0.64 м/сут.
Основной водоносный горизонт месторождения приурочен к коренным кристаллическим породам. Подземные воды в коренных породах вскрываются всеми скважинами. Глубина залегания уровня подземных вод от поверхности земли колеблется от 39,7 (скв.37) до положительных отметок – имеются изливающиеся.скважины с высотой напора над поверхностью земли до +0.9 м (скв.№ 76). Трещинные воды обладают, в основном, свободной поверхностью: слабо-напорные воды встречены только в скважинах №№I7-Сп, 46, 46а, 51, пробуренных в пониженной северо-западной части месторождения. Все эти скважины были опробованы опытными откачками. Зеркало подземных вод характеризуется схемой гидроизогипс, повторяя, в основном, рельеф поверхности месторождения (чертеж № 79). Общее направление подземного потока юго-западное, в сторону озера Имандра. Абсолютные отметки уровня воды изменяются от 105м 130м, естественный уклон составляет 0.02.
Режим подземных вод месторождения зависит от сезонных климатических факторов. Об этом свидетельствуют данные стационарных наблюдений за уровнем подземных вод по скважинам, входящим в режимную сеть: №№ 31, 37, 38, 39, 40, 41, 45, 117, 122, 130. В годовом цикле отмечаются два максимальных и одно минимальное положение уровня воды. Минимум связан с отрицательными температурами и отсутствием питания водоносного горизонта за счет атмосферных осадков. минимальные значения уровня воды за исследовавшийся период наблюдались в апреле-мае месяцах.
Максимальные уровни подземных вод связаны с весенним таянием снегов и осенними дождями. В наблюдаемый период наиболее активными были осенние паводки. Годовая амплитуда колебания уровня незначительная и составляет 1.5-4 метра.
Водообильность и фильтрационные свойства кристаллических пород в разрезе и в плане неравномерны и обусловлены характером и степенью трещиноватости пород. Направления трещин различны, но преобладают, в основном, трещины под углами 200-500 к оси керна.
Изучение керна скважин показало, что мощность трещиноватой зоны составляет 100-150 метров, причем верхняя часть разреза до глубины 80-100 метров наиболее трещиновата. Это подтверждается результатами наливов и характером циркуляции промывочной жидкости при бурении.
Наиболее трещиноватыми породами являются гнейсы и их контактовые зоны с пегматитами, диабазами.
С глубины 150 метров отмечается снижение трещиноватости, но имеются скважины, вскрывшие трещиноватые зоны и на более значительных глубинах :
Для Комсомольского месторождения средняя мощность трещиноватой зоны принята 125 метров (такая же мощность трещиноватой зоны и на других разведанных железорудных месторождениях Заимандравского района).
Водообильность и фильтрационные свойства кристаллических пород изучались в скважинах, пробуренных в пониженной, наиболее обводненной, северо-западной части месторождения.
Расчет коэффициентов фильтрации производится по формуле Дюпюи для одиночной совершенной скважины:
По результатам наливов коэффициенты фильтрации рассчитывались по формуле Дюпюи для одиночной скважины
, где:
- дебит скважины при откачке( расход воды при наливе), л/сек;
R- радиус влияния, м;
r- радиус водоприемной части скважины, м;
М- мощность водоносного горизонта, м;
Ы- понижение уровня воды (превышение уровня воды в скважине над статистическим), м.
Расчет коэффициента фильтрации по данным откачек из рыхлых отложений производился по формуле Дюпюи для случая, когда длина фильтра скважины меньше вскрытой мощности водоносного горизонта (l/Мá0.1).
а) при распределении фильтра у подошвы пласта (скважина № 52).
б) при расположении фильтра в средней части пласта (скважина № 130).
, где
l- длина фильтра, м.
Наливы проведены на всей площади месторождения, для получения качественной характеристики степени водопроницаемости кристаллических пород. всего проведен 61 опытный кратковременный налив – 33 в северо-западной части месторождения и 23 в юго-восточной части. Результаты наливов представлены в приложении № 42 т. IV.
Поглощения воды при наливах в верхней, наиболее трещиноватой зоне, характеризуются величинами 0.20-1.60 л/сек; с глубины 150м величина поглощения уменьшается, в основном, до 0.02-0.5 л/сек, только в трех скважинах из-за наличия трещиноватых раздробленных зон глубже 50 м наблюдалось увеличение поглощения с глубиной.
Основным видом работ для определения водообильности кристаллических пород явились опытные откачки. всего на месторождении выполнено 11 откачек. Две опытные откачки были проведены на охранном целике. Результаты откачек свидетельствуют о несколько неравномерной обводненности месторождения. Наиболее водообильным является северо-западный фланг месторождения, приуроченный к низким гипсометрическим отметкам. В этой части месторождения проведено 9 опытных откачек из скважин №№ I7-СП, 29, 46, 46а, 51, 91, 99, 102, причем из скважины I7-СП были проведены две поинтервальные откачки.
Наиболее обводненные кристаллические породы были вскрыты скважиной № 51 (в интервале 207,5-211.5 м встречен только сильно трещиноватый пегматит) и скважиной №99 ( в интервале 12-17,5 м встречен дробленый пегматит, в интервале 93,7-106,3 м –гнейс биотитовый трещиноватый). По результатам откачек, проведенных из этих скважин, были получены наибольшие величины коэффициентов фильтрации 0.104-0.160 м/сутки.
В скважине № 46 была проведена суммарная откачка в интервале 8-661 м, при дебите 0.250 л/сек и понижении 5 м коэффициент фильтрации составил 0.034 м/сутки. в скважине № 46а, расположенной всего лишь в пяти метрах от скважины 46, откачкой была опробована только верхняя, наиболее трещиноватая зона в интервале 7.2-198.2 м, коэффициент фильтрации получился того же порядка – 0.031 м/сутки. Эти данные подтверждают вывод о том, что трещиноватые обводненные породы развиты, в основном, до глубины 150-200 м, нижележащие породы практически необводнены.
В скважине I7-СП первой откачкой был опробован интервал 34,7-211,3 м, при дебите 0.190 л/сек и понижении 13.5 м коэффициент фильтрации составил 0.013 м/сутки. второй откачкой был опробован интервал 211.3-687 м, причем верхняя часть наглухо перекрывалась. при дебите 0.048 л/се и понижении 8.2 м коэффициент фильтрации составил 0.006 м/сутки, то есть уменьшился в два раза.
При откачках из скважин № 29, 91, 102 дебиты составили 0.290-0.630 л/сек при понижении 2.5-7.2 м коэффициенты фильтрации 0.036-0.08 м/сутки.
Остальная часть месторождения, приуроченная к юго-восточному возвышенному флангу (проф. 18-28) оказалась менее водообильной. при откачках, проведенных в этой части месторождения из скважин № 112 и 124, дебиты составили 0.05-0.1 л/сек, при понижении 3-8 м коэффициенты фильтрации 0.012-0.015 м/сутки.
Так как месторождение расположено вблизи водного объекта- озера Имандра- при проведении гидрогеологических исследований особое внимание было обращено на изучение гидравлической связи поверхностных вод озера и подземных вод месторождения. Водопроницаемость пород целика изучена путем бурения скважин №3 130 и 131 и опробования откачками четвертичных отложений и кристаллических пород. Скважины бурились на продолжениях профилей 13 и 14, в районе которых кристаллические породы наиболее обводнены и водопроницаемы. Дебиты при откачках из кристаллических пород составили 0.180-0.490 л/сек при понижении 0.017-0.047 м/сутки. Средневзвешенный коэффициент фильтрации кристаллических пород целика ниже, чем на самом месторождении (табл. на стр. 233). Состав и фильтрационные свойства озерных отложений и кристаллических пород, подстилающих ложе озера Имандра не изучались, т.к. эти работы уже проводились в 1979 году на стадии детальной разведки Рингубского месторождения кварцитов, расположенного также на берегу озера Имандра. Для этих целей была пробурена специальная скважина глубиной 30,2 м со льда озера Имандра и опробована откачкой.
Скважина вскрыла озерные отложения, представленные в разрезе следующими разновидностями: от 0.6 по 1.6 мм, 1.6-3.1 – плотная глина, 3.1-8.3 м – суглинок, т.е. практически водоупорные породы. По результатам откачки коэффициент фильтрации кристаллических пород получился того же порядка, что и коэффициент фильтрации кристаллических пород месторождения, величина напора воды в скважине до и после откачки составила +0.5 м. Эти данные позволили сделать вывод о надежности ложа озера.
По химическому составу поверхностные подземные воды гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные, натриево-кальциевые и кальциево-натриевые, ультрапресные (сухой остаток 74-106 мг/л), очень мягкие (общая жесткость 0.12-0.64 мг/скв.), нейтральные и щелочные (pH=7-8.8).
Формула солевого состава имеет следующий вид:
Подземные воды пригодны для питьевого и технического водоснабжения, но обладают выщелачивающей агрессивностью по отношению к бетону (карбонатная жесткость á1.4 мг/скв.). полностью химические анализы воды представлены в приложении №44, т.IV.
На месторождении было отобрано 46 проб из 29 скважин на определение содержания в подземных водах никеля, меди и кобальта. Анализы показали, что содержания данных элементов находятся на уровне фоновых, характерных для Менчегорского района. Спектральный анализ сухих остатков подземных вод месторождения показал наличие в отдельных скважинах повышенных содержаний серебра (до 20-30 грамм/литр). Присутствие последнего в воде связано, по всей вероятности, с наличием его в сульфатах, встречающихся в гранерит-магнетитовых кварцитах.