10. Невьянское месторождение золота

Целью экскурсии является знакомство с осадочными породами, слагающими долину реки Нейва и связанным с этими породами россыпным месторождением золота. Студенты на экскурсию собираются у 3-го учебного корпуса (ул. Мира, 28) в 8-50 и отъезжают автобусом в 9-00 до г. Невьянска.

Географо-экономические сведения

Невьянск, основанный Никитой Демидовым в 1701 г., находится в 90 км севернее г. Екатеринбурга. В настоящее время численность народонаселения города составляет более 60 тыс. человек. Невьянск вместе с г. Кировградом и группой индустриальных пунктов образуют Кировград-Невьянский промышленный узел, в котором преобладающее значение имеет металлообработка, цветная металлургия и комплексное использование колчеданного сырья, а так же промышленность строительных материалов. В промышленном комплексе Невьянска видное место занимает промышленность строительных материалов. В окрестностях города ведётся добыча золота (Невьянский карьер с шахтой «Быньговский» комбината Уралзолото) и каолина (Невьянский каолиновый карьер Свердловского завода керамических изделий).

Территория относится к Невьянско-Кантуровская мезозойской эрозионно-структурной депрессии, которая простираются в меридиональном направлении, и является вместилищем разновозрастных россыпей золота.

Река Нейва относится к бассейну р. Тобол. Долина реки широкая, хорошо разработана, берега пологие реже, скалистые. Питание осуществляется за счёт вод летних и осенних поводков и, в меньшей мере, подземных вод. Ледостав начинается в начале ноября, толщина льда достигает 1,0 м; ледоход начинается во второй половине апреля.

Артель старателей «Нейва» была образована в январе 1978 г. решением руководителей производственного объединения «Уралзолото» и Невьянского прииска, а с 1992 г. стала самостоятельным предприятием. Артель ведет разработку открытым гидравлическим способом россыпных месторождений золота и платины в Невьянском и Пригородном районах Свердловской области. За время существования артель добыла более 21700 кг золота и 400 кг платины. В настоящее время на восьми добычных участках и ремонтной базе трудятся 700 человек.

Рис. 14. Геологическая карта Невьянского района

Стратиграфия

В Восточно-Уральской мегазоне в основании разреза находятся высокометаморфизованные кристаллические сланцы и мраморы среднего рифея. Выше располагаются метаморфические сланцы верхнего ордовика − нижнего силура.

Разрез наращивается девонскими вулканогенными, вулканогенно-осадоч-ными и карбонатными породами. Разрез палеозойских образований завершается нижне- и среднекарбоновыми карбонатными и осадочными породами. Фрагментарное развитие рыхлых континентальных образований мезозоя-кайнозоя объясняется положением рассматриваемой территории в пределах остаточных гор восточного склона Уральского хребта и в пределах отпрепарированного пенеплена, испытавшего морские трансгрессии в верхнем мезозое и палеогене.

Четвертичные образования представлены элювиальными, делювиальными, элювиально-делювиальными, коллювиальными, коллювиально-делювиальными, аллювиальными, делювиально-аллювиальными, озёрными, озёрными и болотными, болотными и техногенными генетическими типами.

С четвертичными образованиями связаны месторождения торфа, кирпичных глин, россыпи золота и платины. Аллювиальные отложения рек Тагил, Нейва, Реж и некоторых малых рек и ручьев почти полностью перемыты при промышленной отработки россыпей.

Техногенные образования распространены довольно широко и связаны с добычей россыпного и коренного золота и платины, железных и медных руд, строительных и огнеупорных материалов. Представлены дражными отвалами в руслах и пойменных террасах рек и их притоков, отвалами гидравлической разработки, отвалами карьеров, осадками шламонакопителей. Дражные отвалы высотой 2-4 м сложены галечно-валунно-глыбовым материалом, часто образуют острова посреди днища реки. Отвалы гидравлической промывки представлены песчано-гравийно-галечным материалом желтовато-серого цвета, местами с отчетливой слоистостью, достигают высоты 15-20 м. Многочисленными карьерами также отрабатываются строительные материалы (известняки, диориты, пироксениты, серпентиниты и др.). Отвалы, высота которых достигает 20-40 м, сложены щебнисто-глыбовым материалом. Осадки шламонакопителей представлены иловатым тонкослоистым песчано-глинистым материалом мощностью 2-5 м. Возраст техногенных отложений не превышает 250-300 лет, и они являются результатом хозяйственной деятельности человека.

Гидрогеология

Региональным развитием пользуются грунтовые воды, которые по типу проницаемости водовмещающих коллекторов подразделяются на поровые, трещинные (трещинно-карстовые) и трещинно-жильные воды. Поровые грунтовые воды приурочены к аллювиальным, озерно-болотным и элювиально-делювиаль-ным образованиям и представляют верхнюю часть гидрогеологического разреза района.

Аллювиальные отложения образующие водоносный комплекс, мощностью от долей метров до 15-20 м, развит в долине р. Нейва. Обводненными являются пески, гравий, галечники поймы и низких надпойменных террас. Питание водоносного комплекса осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков при активном участии подземных вод фундамента, а в паводки − и за счет поверхностных вод. В населенных пунктах они повсеместно подвержены бытовому загрязнению.

Озерно-болотные отложения имеют развитие на междуречьях и в верховьях рек Нейва, Салда, Аять, по берегам оз. Аятское, в долине реки Тагил. Представлены они торфами, глинами, сапропелями общей мощностью от 0,5 до 5,0 м. Коэффициенты фильтрации торфов, в зависимости от степени разложения органических остатков, составляют от 0,17 до 2,5 м/сут. Водонасыщенные озерно-болот-ные отложения являются важным регулятором поверхностного и подземного стока.

Элювиально-делювиальные образования почти сплошным чехлом покрывают породы протерозойского и палеозойского фундамента и образуют проницаемый локально-водоносный комплекс. Обычно находятся в зоне аэрации. При наличии в разрезе покрова водоупорных прослоев или при высоком стоянии уровня подземных вод фундамента, на отдельных участках образуются маломощные горизонты верховодки. Элювиально-делювиальный покров защищает нижележащие грунтовые воды от техногенно-антропогенного загрязнения.

Трещинные (трещинно-карстовые) воды пространственно связаны с зоной (корой) регионального выветривания палеозойских и протерозойских пород фундамента и образуют обширнейший горизонт грунтовых вод, состоящий в плане из системы безнапорных бассейнов с границами, отвечающими отдельным орографическим бассейнам.

Мощность зоны региональной трещиноватости, к которой приравнивается мощность горизонта грунтовых вод, составляет 20-80 м. Минимальные ее значения (20-40 м) присущи корам выветривания интрузивных пород, максимальные (60-80 м) − карбонатных пород. В породах эффузивно-осадочного и метаморфического комплексов, она оценивается в 40-60 м. Помимо трещин выветривания, широким развитием здесь пользуются локальные трещинные зоны аномально-высокой проницаемости, связанные с проявлениями дизъюнктивной тектоники, внедрением интрузий, контактами карстующихся пород с некарстующимися. Открытая трещиноватость в этих зонах прослеживается вглубь на многие сотни метров.

Перечисленные выше водоносные зоны отличаются друг от друга по степени обводненности. Фоновые водопритоки в скважины, вскрывшие кору выветривания интрузивных пород, составляют от долей л/с до 1 л/с, для карбонатных пород 1-5 л/с, метаморфических и вулканогенных пород 0,5-2,0 л/с. В локальных трещинных зонах водопритоки в скважины в 5-10 раз и более превышают фоновые значения.

Питание подземных вод сезонное, за счёт инфильтрации атмосферных осадков. Сравнительно глубокая расчлененность дневной поверхности, особенно в районах приподнятых горных массивов и остаточных гор Среднего Урала, обеспечивают хорошие условия дренирования водоносных зон речной сетью. Разгрузка их, как правило, рассредоточенная. При пересечении долинами рек локальных обводненных трещинных зон фиксируются родники с дебитами от 0,5-1,0 л/с до 5-25 л/с (в зависимости от величины площади водосбора конкретных зон и характера водовмещающих коллекторов). Режим грунтовых вод полностью отражает условия их питания и геоморфологического положения отдельных участков. Самый низкий уровень подземных вод наблюдается в конце зимнего периода (март), наиболее высокий – в конце мая. Амплитуда колебаний уровней в долинах рек 1-1,5 м, на склонах водоразделов и на самих водоразделах от 1,5-5 до 10 м и более (в районах приподнятых и остаточных гор Восточного склона Урала). Избыточная увлажненность, хорошие условия дренирования, при преобладающем силикатном составе водовмещающих коллекторов, обусловили формирование здесь мягких гидрокарбонатных вод с минерализацией 0,1-0,3 г/л. Микроэлементы в подземных водах представлены достаточно широко, особенно в области распространения вулканогенных пород, но в концентрациях значительно меньших, чем не допустимые нормативными документами для вод хозяйственно-питьевого назначения.

Трещинно-жильные воды развиты в нижней части фильтрационного разреза консолидированных пород, расчлененных разломами на крупные блоки. Общая пористость пород обычно составляет доли процента, коровая проницаемость отсутствует, а региональная трещиноватость обусловлена только сохранившейся микротрещиноватостью. С гидрогеологических позиций эта часть разреза рассматривается в качестве водоупора, обводненного лишь в зонах тектонических нарушений. Трещинно-жильные воды гидравлически тесно связаны с водами зоны региональной трещиноватости. Качество подземных вод соответствует залегающим выше водоносным зонам, за счет последних формируются и их естественные ресурсы.

Водоснабжение г. Невьянск (численность населения 63 тыс. чел. (расчетная потребность в воде хозяйственно-питьевого назначения 10,2 тыс. м³/сут.) осуществляется Романовским водозабором (водоотбор за 2000 г. - 2,32 тыс. м³/сут) и частично водозабором Цементного завода. В перспективе г. Невьянск полностью обеспечен подземными водами хозяйственно-питьевого качества за счет разведанных участков Невьянского месторождения и месторождения Светлый Ключ. Суммарные эксплуатационные запасы Каменско-Решевского, Дальне-Быньговского, Ближне-Быньговского участков и месторождения Светлый Ключ составляют 12,1 тыс. м³/сут.

Геологические процессы

По степени поражённости территории экзогенными и эндогенными процессами в западной и центральной частях площади на первое место выходит глубинная эрозия, где на крупных и малых реках развиты врезанные меандры, обусловленные проявлением новейшей и современной тектоники. В карбонатных породах по долинам рек наблюдается карст (воронки, пещеры). В западной части широкое развитие получили процессы техногенеза и тесно связанные с ним техногенные формы рельефа (карьеры, отвалы, дражные полигоны, насыпи, дорожные выемки и т.д.). На приподнятых горных массивах развиты гравитационные склоновые процессы (курумы, осыпи), на вершинах − глыбовые развалы. Отмечается заболоченность территории.

Экология района

Экологическая нагрузка территории характеризуется, в целом, как напряженная. В результате многоотраслевого промышленного производства в атмосферу ежегодно выбрасываются более полумиллиона тонн вредных веществ, в реки и водоемы поступают в сутки сотни тысяч кубометров сточных и дренажных вод. На территории городов, рабочих поселков и в их окрестностях складируются многие сотни тонн токсичных промышленных и бытовых отходов без какой-либо существенной переработки. Естественный ландшафт нарушен многочисленными горнорудными и дражными разработками с образованием на поверхности земли карьеров и отвалов, которые вместе со шламо- и хвостохранилищами являются источниками загрязнения окружающей среды. Поверхностные, грунтовые воды и донные осадки в значительной степени загрязнены тяжелыми металлами и вредными органическими соединениями. Все эти последствия интенсивного промышленного производства приводят к снижению качества природной среды обитания человека. Одним из крупных предприятий города является цементный завод (ЗАО «Невьянский цементник»), который вносит основной вклад в загрязнение атмосферного воздуха, составляющее 3,7 тыс. т/год

С целью сохранения и улучшения состояния окружающей среды территории необходимо организовать экологический мониторинг на наиболее опасных участках загрязнения и особо важных, социально значимых объектах. Самое главное − осуществить комплекс мероприятий по совершенствованию технологии производства на промышленных и сельскохозяйственных предприятиях с целью снижения выбросов вредных веществ, уменьшения стоков.

Золото рудное

Невьянский золоторудный узел находится в пределах Верхотурско-Исетс-кой зоны. Оруденение преимущественно золото-кварцевой формации пространственно тяготеет к отдельным интрузиям и дайковым телам гранитоидов поздних фаз раннекаменноугольного западноверхисетского тоналит-плагиогранитового и ранне-среднекаменноугольного верхисетского гранодиорит-гранитового комплексов. Является наиболее продуктивным на золотое оруденение. Большинство месторождений и проявлений золота золото-кварцевой и золото-сульфидно-кварце-вой формаций обнаруживают тесную пространственную и генетическую связь с интрузивными телами западноверхисетского и верхисетского комплексов. На образование золотого оруденения существенное влияние оказали магматизм, тектонические условия, процессы гидротермального метасоматоза и особенности состава вмещающих пород. Площади развития отдельных рудоносных интрузивных массивов определяют положение рудных полей в пределах рудного узла. Известно одно среднее, 6 малых месторождений и большое число проявлений рудного золота.

Золото россыпное

Месторождения россыпного золота известны с 1819 г. и эксплуатируются по настоящее время. Всего известно около 250 россыпей общей протяжённостью более 600 км. Россыпи отрабатывались мускульным, гидравлическим и дражным способами. По неполным данным из всех отрабатывавшихся россыпей добыто более 55 т шлихового металла. Большая часть россыпей располагается в полосе девонских карстующихся пород.

Крупность металла различна по территории. Эпизодически встречались самородки золота, наибольшее их количество было взято в верховьях р. Шайтанка, притока р. Тагил. Самые крупные из них достигали 1 кг. Здесь же среднее содержание золота на пласт доходило до 20 г/м³.

На площади выделяются две крупные золотоносные россыпи - Шуралинско-Ключевская и группа россыпей Нейвинская, Невьянская и Белые Пески Россыпи подразделяются на ложковые и аллювиальные, среди последних известны долинные и водораздельные. Возраст россыпей от верхнего мела до голоцена. Большинство из них четвертичного и неоген-четвертичного возраста. На настоящий момент числится россыпей для дражной отработки − 5, остальные для гидравлической добычи. Россыпи для гидравлической отработки отличаются, как правило, тяжелой промывистостью продуктивных отложений.

Разработка россыпного месторождения золота гидравлическим способом

Россыпи – это рыхлые, реже сцементированные скопления обломочного материала, содержащие ценные компоненты в количествах представляющих промышленный интерес. Полезными компонентами в россыпях являются минералы устойчивые химическому и физическому выветриванию.

Россыпи золота являются вторичными месторождениями полезных ископаемых, так как образуются в результате разрушения более древних коренных месторождений, которые по отношению к россыпям являются первичными (коренными источниками). Образованию новой россыпи всегда предшествует разрушение, дробление, окисление и выщелачивание коренных источников процессами физического и химического выветривания.

При разработке россыпных месторождений золота в геологическом разрезе выделяют три основных слоя: нижний, так называемый «плотик», может быть представлен коренными глинами или закарстованными известняками, вышележащий, представленный песчаными или глинистыми породами, где сосредоточена основная масса золота – «пески» и верхний слой – «торфа», породы (пески и глины) несодержащие или с весьма низким содержанием полезного ископаемого, распространенные до глубины 5-10 м.

В отличие от соседних участков сложность работы на Увальной оказалась в том, что плотик состоял из известняка, на который осаждалось золото. В результате выщелачивания в плотике появились пустоты, в которые проваливался золотосодержащий песок.

Главными характеристиками россыпного месторождения (в частности золота) являются: содержание полезного компонента в породе, составляющее от 150 мг до первых грамм на 1 т и запасы месторождения, измеряющиеся в килограммах и тоннах. Существует такое понятие, как бортовое содержание, то есть такое количественное содержание золота, измеряемое в мг/т, ниже которого разработка месторождения считается экономически невыгодной.

Добыча золота на прииске ведется открытым способом. Рядом с этими карьерами реки, как правило, отсутствуют, поэтому устраивают специальные водоемы, которые заполняются водой в количестве достаточном для технологического процесса.

Для разработки россыпных месторождений золота открытым способом в карьерах глубиной до 15 м монтируются гидромониторы и землесосные установки. Вода, подающаяся к гидромониторам под давлением до 2,0 МПа, размывает золотоносные «пески» в бортах карьера, превращая их в гидросмесь (пульпу), стекающую в приямок (зумпф), где установлен землесос. Мощный землесос, забирая размытую песчано-глинистую массу, подает ее по трубопроводу на наклонные лотки установленные на эстакаде. Стекая по лоткам вниз, из пульпы на специальных ковриках в лотках осаждается золотой песок, как наиболее тяжелый металл. Вся остальная масса гидросмеси попадает в отстойники, после чего вода, очищенная от механических примесей, снова подается к гидромониторам.

Добытое золото оправляется в лаборатории и заводы, где оно обогащается до 999 пробы и затем артель продает его различным банкам.

Помимо золота артель старателей «Нейва» предлагает к реализации песчано-гравийную смесь, строительный гравий и строительный песок, которые накапливаются в отстойниках.

Песчано-гравийная смесь по качественным показателям соответствует требованиям ГОСТ 23735-79 «Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия» и может применяться для устройства дорожных покрытий, верхнего слоя оснований под покрытия, для дренирующих слоев и в других целях в дорожном строительстве в соответствии с требованиями норм и правил на строительство автомобильных дорог, а также в соответствии с требованиями строительных норм и правил на соответствующие виды строительных работ.

Строительный гравий по качественным показателям соответствует требованиям ГОСТ 8267-93 «Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия» и может применяться в качестве заполнителей для тяжелого бетона, а также для дорожных и других видов строительных работ.

Песок строительный по качественным показателям соответствует требованиям ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и может применяться в качестве заполнителя тяжелых, легких, мелкозернистых, ячеистых и силикатных бетонов, строительных растворов, приготовления сухих смесей, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов.

Рекультивация нарушенных земель – это комплекс работ по экологическому и экономическому восстановлению земель и водоёмов, плодородие которых в результате человеческой деятельности существенно снизилось. Целью проведения рекультивации является улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нарушенных земель и водоёмов.

Работы по рекультивации земель в районах открытой разработки россыпей артель производит в два этапа − технический и биологический. На техническом этапе проводится корректировка ландшафта (засыпка рвов, впадин, разравнивание и террасирование промышленных терриконов), создаются гидротехнические сооружения (водоемы), производится нанесение плодородного слоя почвы. В результате осуществляются образование территории. На биологическом этапе проводятся агротехнические работы, целью которых является улучшение свойств почвы.

Экскурсионные задания

Итогом экскурсии является обработка записей в полевом дневнике, оформление зарисовок. После обработки полевых материалов составляется глава отчета, где отражаются сведения по геологическому строению, тектоническим особенностям, гидрогеологическим условиям данного месторождения, технологическому процессу добычи золота. Оцениваются факторы, влияющие на рентабельность работы артели, дается экологическая оценка деятельности и негативные стороны. В процессе экскурсий студент должен выполнить следующую работу:

1. Сфотографировать и сделать схематическую зарисовку промприбора.

2. Описать процесс образования россыпей.

3. Перечислить необходимые условия для разработки россыпей золота. Что такое бортовое содержание золота в россыпи.

4. Описать процесс получения строительных материалов артелью «Нейва» попутно с добычей золота.

5. Оценить эффективность методов рекультивации земель на отработанных участках.