Североуральские бокситовые месторождения являются образцом геосинклинальных бокситов залегающих среди морских карбонатных толщ древнего палеозойского возраста.
Месторождения открыты в 1931 году геологом Н.А.Каржавиным. Они расположены на восточном склоне Северного Урала. Административно территория относится к Североуральскому району Свердловской области.Центром района является город Североуральск.
Североуральский бокситовый бассейн приурочен к плоской меридиональной вытянутой депрессии, ограниченной с запада Предуральской грядой, а с востока полосой увалов, сложенных андезито-базальтовыми и дтабазовыми порфиритами. В геологическом строении месторождений принимают участие образования верхнего силура и девона (Рис.1.2).В бас сейне условно выделено пять месторождений (с юга на север): Красная Шапочка, Кальинское, Ново-Кальинское, Черемуховское и Сосьвинское, из которых в настоящее время разрабатываются первые четыре.Отрабатываемые месторождения имеют меридиональное простирание и моноклинальное падение на восток под углом 25 – 300. Все выявленные до настоящего времени площади с промышленным оруденением в Североуральском районе укладываются в сравнительно узкую полосу шириной 2 – 4 км, прослеживающуюся от речки Коноваловки – на юге, до реки Сосьвы – на севере,простирание составляет 30 км.
Геоолгическими границами рудного тела на севере и юге являются места его постепеннго выклинивания.Западная граница,ранее совпадавшая с выходом бокситовых залежей на дневную поверхность,в настоящее время на значительном протяжении определяется контурами отработанных участков.Восточная граница оруденения разведочными работами полностью не установлена из-за большой (до 2500 м) глубины залегания бокситов. Исключение составляет месторождение «Красная Шапочка»,где оруденение «срезано» региональной тектонической структурой – Крутоложско- Коноваловским надвигом.
Мощность рудной залежи невыдержанная как по падению, так и по простиранию, и колеблеется от 0 до 60 м при средней около 5 м
По сложности и устойчивости мощности рудные поля делятся на три типа: непрерывный,
Непрерывно-прерывистый и прерывистый.Первый тип характеризуется непрерывным оруденением с небольшими безрудными участками,площадь которых не превышает 20% залежи.К этому типу относится большая часть месторождения Красная Шапочка (поля шахт 15 – 15 бис и 14 – 14бис).При втором типе оруденения безрудные окна занимают 20 – 30% площади рудного пласта.К этому типу рудных полей относятся часть месторождения Красная Шапочка (шахта16 – 16бис), Южный и Кедровский участок Черёмуховского месторождения (шахта «Черёмуховская»).Третий тип характеризуется прерывистым оруденением, в котором безрудные зоны занимают более 30% площади и группируются в участки значительных размеров. К третьему типу относятся: Восточная залежь месторождения Красная Шапочка (поле шахты 14-14бис), Кальинское (шахта «Кальин – ская»), Ново – Кальинское (шахта «Ново – Кальинская») и Сосьвинское.
Непосредственно покрывающие рудное тело породы – девонские темно-серые битуминозные амфипоровые известняки или черные и серые известково-глинистые сланцы.Мощность этих пород 20 – 70 м, реже 8 – 10 м.Коэффициент крепости по Протодьяконову 8-10.Контакт рудного тела с покрывающими породами прямолинейный, выдержанный.
Выше по разрезу залегают светло-серые и розовые кристаллические рифогенные известняки мощностью 50 – 300 м.Эти породы фациально замещены темно-серыми тонкослоистыми кремнистыми известняками с прослоями глинистых сланцев.Мощность известняков этой свиты 100 – 300 м.
На месторождении прослежено три основных бокситовых горизонта: субровский,богословский и устькальинский.
Субровский горизонт самый древний и перспективный.Он представлен двухслойным рудным телом.Верхняя часть сложена пестроцветными, пиритизированными, прочными бокситами мощностью до 3 м при средней 0,5 – 0,6 м. Ниже по разрезу, как правило, рас – полагаются красные бокситы: на контакте с почвой залежи располагаются красные маркие бокситы, выше красные немаркие и над ними яшмовидные бокситы.В вертикальном разрезе определённое место занимает только пестроцветный боксит. Мощность разновидностей красных бокситов колеблется в широких пределах от нескольких сантиметров до 22 м. В основном рудное тело представлено одним-двумя, реже тремя типами боксита с частым замещением одной разновидности другой разновидностью. Прочность бокситов изменяется в широких пределах от 7,6 МПа у красного маркого до 80 МПа у пестроцветного.
Богословский горизонт более молодой и менее перспективный. Он расположен в основании живетских отложений в виде линз. Отложения живетского яруса залегают на неровной размытой и закарстованной поверхности светло-серых известняков верхней части Эйфеля. Богословский рудный горизонт перекрывается горизонтом тёмно-серых битуминозных слоистых известняков. Общая мощность живетских отложений достигает 500 м.
Устькальинский горизонт моложе богословского и относится к малоперспективным.
Как было отмечено выше, субровский бокситовый горизонт литологически весьма неоднороден. Выделяют три подгоризонта: рудной брекчии, красных и зеленовато-серых (пестроцветных) бокситов. Рудная брекчия распространена не повсеместно и промыш ленного значения не имеет.
Подгоризонт красных бокситов слагает центральную часть бокситового горизонта и служит основным объектом разработки. Он представлен красными, яшмовидными и плитняковыми бокситами.
Красные, наиболее высокосортные, бокситы слагают около 80% всего рудного гори – зонта. Основным породообразующим минералом в них является диаспор, в небольших количествах встречается бёмит. Минералы, содержащие вредные примеси (кремнекислоту, углекислоту и серу), в этих бокситах содержатся в незначительных количествах.
Красные бокситы обладают монолитной структурой и высокой вязкостью. Ими сложены рудные тела на участках большой и средней мощности. Рудные карманы, как правило, выполнены красным бокситом.
Около 6% рудных залежей представлено яшмовидным бокситом. По качеству он несколько ниже красного из-за повышенного содержания кремнекислоты. Основным породообразующим минералом в нём является бёмит, реже встречается диаспор и каолинит.
Подгоризонт зеленовато-серых (пестроцветных) бокситов залегает на слегка неровной поверхности подгоризонта красных бокситов в виде пласта мощностью 0,2 – 0,4 м, иногда до 1 м и более, и согласно перекрывается эйфельскими отложениями среднего девона. Он слагает около 8% рудных залежей.
Подстилающие залежь породы – петропавловские силуро-девонские светло-розовые, светло-серые, серые, монолитные и трещиноватые рифогенные известняки мощностью от десятков до сотен метров.Рельеф известняков почвы неровный, часто закарстованный, вследствие чего мощность рудного тела колеблется на коротких интервалах от 0 до первых десятков метров.Предел прочности известняков достигает 130 МПа.Нижняя толща подстилающих пород представлена порфиритами, туфопесчаниками с широким пределом изменений физико-механических свойств.
В регионе Североуральских бокситовых месторождений широко развиты дизъюнктивные нарушения с различными амплитудами смещения. Вся площадь месторождений разбита многочисленными дорудными тектоническими нарушениями субширотного или диагонального простирания с амплитудой смещения от 100 до 500 м. Для большинства широтных тектонических нарушений является закономерным опущенность южных блоков по отношению к северным. Многие крупные тектонические нарушения являются естественными границами шахтных полей: Южно-Черёмуховский сброс, Южно-Кальинский сброс и другие. На стадии геолого-разведочных работ выявлено более 240 пострудных тектонических нарушений. При проведении вскрывающих и подготовительных выработок в процессе эксплуатации месторождений выявляется примерно в три раза больше мелких нарушений с амплитудой от нескольких сантиметров до 10 метров. Элементы залегания дизъюнктива изменяются в широких пределах с преобладанием крутых углов падения свыше 600. Тектонические зоны большинства нарушений достигают 20 – 40 м. Нередко они закарстованы и являются хорошими проводниками подземных вод в горные выработки.Часто сейсмическая активность массива горных пород приурочена к районам простирания плоскости того либо другого тектонического нарушения. Такие нарушения относят к разряду активных.
Состав природных бокситов колеблется в широких пределах.Качество бокситов опре – деляется, прежде всего. Содержанием в них окиси алюминия (глинозёма) Al2O3 и крем – незёма Si O2.
Отношение содержаний Al2O3 к SiO2 в боксите, выраженное в процентах, называется модулем. Содержание в руде глинозёма и кремневый модуль являются основным показателем качества боксита. Согласно стандарту бокситы разделяются на сорта (марки).
В основу разделения принят химический состав.Всего выднляется 10 марок.
В конце ХХ века всё возрастающий спрос на алюминиевое сырьё создает трудности в обеспечении глиноземного производства только высококачественными бокситами и вынуждает переходить на использование руды более низкого качества. Если в 1930 году перерабатывались руды с содержанием глинозема не ниже 60%, то в 1950 – руды с содер – жанием его 50%, а в 1965 году – не ниже 40% глинозёма. У прмышленных бокситов кремневый модуль должен быть выше 2. При модуле ниже 5,5 необходимо, чтобы сниже- ние содержания Al2O3 происходило за счёт окиси Са, а не других вредных примесей.
В боксите, используемом для производства глинозёма, ограничивается содержание серы: для марок Б – 1; Б – 2; Б – 7; Б – 8 не более 0,7%; для марок Б – 3; Б – 4; Б – 5 не более 1%
Кроме того в боксите содержание серы не должно превышать: для мартеновского произ – водства 0,2%; для производства глинозёмистого цемента 0,5%.
Генезис месторождения
Гипотеза образования месторождения.
В очень далеком прошлом регион уральских гор был дном мирового океана. Дно океана (будущий контакт руды с лежачим боком)было не ровным – впадины чередовались с поднятыми участками. На дно океана постоянно ложились остатки животного и растительного мира.
Отложение бокситов две теории образования:
Химические соединения нескольких сходящихся растворов и оседающих после реакции на дно.
Размывание горных отложений водой и перенос морскими течениями к месту отложений.
Огромные запасы Североуральского бокситового бассейна и относительно выдержанные палеографические условия формирования рудного горизонта привели к образованию рудных залежей однообразных по строению, минеральному и химическому составу на различных участках бассейна.
На всех участках и месторождениях бассейна рудный горизонт отчетливо разделяется на три литолого-стратиграфических подгоризонта (сверху вниз):
1-подгоризонт пестроцветных пиритизированных отчетливо слоистых бокситов, составляющих верхнюю часть горизонта;
2-подгоризонт преимущественно темно-красных бокситов;
3-подгоризонт бокситово-известняковой брекчии, залегающей в основании рудного пласта.
Промышленное значение имеют первые два подгоризонта.
Бокситы, слагающие подгоризонт пестроцветных бокситов залегают в виде выдержанного слоя на подгоризонте красных бокситов. Там, где последние выклиниваются серые ложатся непосредственно на известняки петропавловской свиты. Кверху серые бокситы постепенно или путем переслаивания переходят в темно – серые известняки и известкого – глинистые сланцы.
Красные бокситы образуют самостоятельный подгоризонт. По внешнему облику это каменистые породы, окрашенные окислами Fe в различные темно
– красные тона.
Слоистость выражена слабо или совсем не заметна. По структуре бокситы делятся на конгломератовые, гравилитовые, песчаниковые и нелитоморфные.
Бокситы, слагающие этот подгоризонт представляют собой основную промышленную ценность. Запасы этих руд – 88,2%
В подгоризонте красных бокситов по структуре и цвету выделяют следующие литологические типы руд: маркие, немаркие, яшмовидные, обесцвеченные, порфировидные и бокситы – колчеданы.
Подгоризонт известняково – бокситовой брекчии занимает промежуточное положение между красными и подстилающими светло – серыми известняками петропавловской свиты.