9. Шарташский гранитный карьер

Целью экскурсии является знакомство с геологическими, гидрогеологическими и экологическими условиями района Шарташского гранитного массива. Студенты на экскурсию собираются у 3-го учебного корпуса (ул. Мира, 28) в 8-50 и отъезжают в 9-00 рейсовым автобусом № 25 до конечной остановки. Экскурсия начинается с посещения Шарташского гранитного карьера. Далее маршрут экскурсии пройдет возле «Каменных Палаток», представляющих собой своеобразные формы выветривания - «останцы» гранитов.

Географо-экономические сведения

Шарташский гранитный массив расположен на восточной окраине г. Екатеринбурга, на его площади размещено несколько жилых районов (Комсомольский, Синие Камни, Втузгородок частично и т.д.). На значительной площади массив закрыт сосновым лесом и торфяными болотами, доступен для наблюдения только в местах карьерной разработки гранитов.

Геолого-петрографическая характеристика

В плане массив имеет овальную эллипсоидальную форму, длина поперечника которого 6-8 км. Залегает в ядре одноименной антиклинали среди метаморфизированных осадочно-вулканогенных образований силуро-девонского возраста и относится к верхнепалеозойской гранитной формации. Вмещающие породы представлены с западной и южной стороны − амфиболитами, с восточной − тальково-карбонатными породами и с северной − зелеными сланцами.

Амфиболиты образовались за счёт эффузивов основного состава, диабазов, порфиритов и их туфов. Они имеют сланцеватое сложение и тонкозернистую, реже порфиробластовую структуру. В приконтактовой зоне шириной 200 м амфиболиты превращены в плотные роговики плагиоклаз-биотит-роговообманкового состава.

Тальково-карбонатные породы, слагающие восточный экзоконтакт массива, обязаны своим происхождением воздействию гранитов на серпентиниты.

Зелёные сланцы, развитые к северу от массива, имеют эпидот-рогообман-ковый, эпидот-хлоритовый и хлоритовый состав и представляют собой метоморфизованные осадочно-вулканогенные породы.

Рис.13 Геологическая карта шарташского гранитного карьера

Характерной особенностью вмещающих пород является согласное залегание их с контактом массива и падение в стороны от него под углом 45-60°. Таким образом, массив с глубиной расширяется и имеет куполовидную форму.

Массив сложен преимущественно однородными массивными среднезернистыми биотитовыми гранитами с единичными порфиробластами микроклина, содержащими пойкилитовые вростки плагиоклаза и биотита, видимые невооружённым глазом. Граниты обладают повышенной основностью: пониженным содержанием двуокиси кремния, сравнительно высоким содержанием темноцветной части, большая доля плагиоклазов среди полевых шпатов. Они состоят из олигоклаза 52-55 %, микроклина 15-16 %, кварца 23-24 % и биотита 6-7 %, реже присутствует небольшая примесь роговой обманки. Автометаморфические минералы представлены небольшим количеством серицита, мусковита, эпидота и хлорита.

По данным анализа валовой пробы гранита содержание магнетита составляет 0,1 %. В составе магнетита химическим анализом установлено содержание ТiO₂ − 0,56 % и V₂О₃ − 0,23 %.

Граниты сохраняют однородность структуры и состава до контакта их с вмещающими породами.

Граниты мелкозернистые порфиридовидные, образуют шток в юго-запад-ной части массива и единичные дайки на северном и южном продолжении штока. В составе есть олигоклаз, микроклин 20-23 %, кварц 15-23 %, роговая обманка 9 %. Вкрапленники плагиоклаза, кварца и микроклина единичные размером 2-10 мм. Текстура породы массивная, часто неоднородная.

Среди гранитов массива широко распространены жильные породы, различные по составу и возрасту. Возрастные взаимоотношения устанавливаются на основании их взаимных пересечений. Жильные породы массива представлены гранит-порфирами двух генераций, лампрофирами, лейкократовыми гранитами, аплитами, пегматитами и кварцевыми жилами.

Лампрофиры первой фазы (ранние) имеют весьма ограниченное распространение и наблюдались в центральной части массива (участок большого Шарташского карьера). В одном случае они имеют меридиональное залегание, в другом − широтное. Секутся гранит-порфирами, мелкозернистыми гранитами второй фазы и аляскитами.

Прослеженная длина даек около 50 м, мощность не превышает 1 м. Эти лампрофиры представляют собой зелёно-чёрные породы, в различной степени рассланцованные. Структура порфировая, редкие вкрапленники представлены зелёной роговой обманкой, которая замещена беспорядочно ориентированными пластинками биотита.

Гранит-порфиры представлены большей частью дайками сложного строения, сформированными в две стадии, в более раннюю − гранит-порфиры первой фазы и в более позднюю − гранит-порфиры второй фазы. Возраст даек Шарташского массива по данным калий-аргонового метода 306±18, 316±12 млн. лет, а гранитов − 315±15 млн. лет (Овчинников, Воровский и др., 1976).

Гранит-порфиры первой фазы имеют широкое распространение и образуют свиты сближенных, параллельных, выдержанных по простиранию тел, мощностью от нескольких сантиметров до 40-50 м. Простирание их 330-340°, падение восточное под углом 65-70°. Структура в зависимости от мощности даек меняется от типично порфировой до равнозернистой мелкокристаллической.

Гранит-порфиры второй фазы тесно ассоциируют с гранит-порфирами первой фазы и локализуются внутри последних, представляют собой повторные инъекции того же состава мощностью до 1 м. Границы с вмещающими гранит-порфирами первой фазы отчётливые, с узкой (до 1-2 см) афонитовой оторочкой охлаждения. Внутренние части даек имеют отчётливую порфировую структуру.

Лампрофиры второй фазы (поздние) − породы массивного сложения. Среди них отчётливо выделяются две разновидности. Первая из них наблюдается только в Большом Шарташском карьере, имеет незначительное распространение, малую 0,2-0,3 м мощность и обычно приурочена к дайкам гранит-порфиров. Характеризуется тёмно-серой окраской, наличием ксенолитов вмещающих пород, порфировой структурой и отчётливыми закалёнными контактами. Порфировые выделения представлены чёрными игольчатыми кристаллами роговой обманки, прямоугольными зёрнами белого плагиоклаза с единичными округлыми зёрнами кварца. Основная масса тонкозернистая.

Вторая разновидность лампрофиров второй фазы приурочена к южной перифирической части массива и наблюдается в сибирских карьерах. Она отличается наличием во вкрапленниках округлых скоплений чешуйчатого биотита, имеющих вид тёмных пятен на фоне зеленовато-серой основной массы. Основная масса в небольшом количестве содержит кварц и микроклин.

Мелкозернистые граниты второй фазы наблюдаются в Большом Шарташском и примыкающем к нему с юга карьерах. Они представлены серией параллельных даек, простирание которых в отдельных карьерах меняется от 20° до 50°. Падение СЗ под углом 70-80°. Мощность даек различна, достигает десятков метров и имеет тенденцию возрастать в направлении к ЮЗ, где все эти дайковые тела веерообразно сливаются в единую штокообразную интрузию гранитов второй фазы внедрения. Они прорывают все упомянутые выше породы, секут даже жилки ранних пегматитов. Это однородные светло-серые породы с мелкой зернистой структурой, содержат ксенолиты вмещающих пород, которые на отдельных участках образуют скопления, вследствие чего граниты приобретают вид интрузивных брекчий. Внешне они очень сходны с гранитами главной, первой фазы внедрения и отличаются от них более мелкой зернистой структурой. Под микроскопом они имеют также гранитную структуру, состоят из плагиоклаз-олигоклазов, микроклина, кварца и биотита.

Лейкократовые граниты (аляскиты) размещаются вблизи даек мелкозернистого гранита, т.к. пространственно приуроченны к той же системе трещин. Они секут те же жильные образования, что и мелкозернистые граниты. Мощность даек 0,2-0,8 м, структура мелкозернистая, окраска белая или желтоватая. Состав: плагиоклаз, микроклин и кварц, биотит отмечается в виде редких пластинок. Плагиоклаз и биотит замещаются частично мусковитом.

По химическому составу мелкозернистые граниты второй фазы и лейкократовые граниты близки друг другу, а от гранитов первой фазы (массива) существенно отличаются преобладанием К над Na и почти вдвое меньшим содержанием Са.

Аплиты и пегматиты развиты повсеместно и разновозрастно. Различный возраст аплит-пегматитов подтверждается и многочисленными пересечениями между собой.

Аплит − широко распространённые жильные породы массива. Обычно они имеют мощность в 1-20 см, в отдельных случаях 10-50 м. Микроскопически аплиты белого, розово- и желтовато-белочного цвета, тонкозернистые, мелкозернистые, переходящие в пегматоидные. Состав: плагиоклаз (альбит-олигоклаз), микроклин, кварц; второстепенные минералы биотит, мусковит.

Пегматиты - образуют маломощные (1-10 см, до 50 см), слабо дифференцированные жилы, мелко блокового и тонкозернистого сложения. Центральная часть жил обычно сложена кварцем. Состав пегматитов: кварц, кислый плагиоклаз, микроклин, мусковит, редко амазонит, сульфиды, эпидот, рутил, апатит.

Кварцевые жилы - встречаются в виде тонких прожилков (0,1-10 см). Сравнительно мощные кварцевые жилы (до 1,5 м) известны в экзоконтакте массива. Кварц в них массивный, либо плитчатый, молочно-белый, серый, участками прозрачный, иногда содержит горный хрусталь, сульфиды.

Наблюдения над возможными пересечениями, проведенные в карьерах, показали сложную историю формирования жильных пород. В широком диапазоне времени внедрялись граниты, аплиты, пегматиты и кварцевые жилы. Они известны во взаимных пересечениях со всеми описанными разновидностями жильных пород массива и неоднократно пересекаются между собой.

Жильные образования заполняют в массиве различные по направлению трещины, в формировании которых есть определенная закономерность. Каждая система трещин развивалась последовательно в направлении движения часовой стрелки: от северо-западного на ранних стадиях до широтного − на поздних. Наиболее ранними и широко распространенными являются трещины простирания 330-340° падающие на северо-восток под углом 65-70°. К ним приурочены дайки гранит-порфиров и лампрофиров. Позже образовались круто падающие простирания (20-50°) и крутого северо-западного падения приурочены дайки мелкозернистых гранитов и аляскитов. С оперяющими трещинами этого же направления, но обратного юго-восточного падения связаны жилы аплитов и пегматитов. В трещинах субширотного (70-80°) простирания залегают сульфидно-кварцевые жилы, сопровождающиеся околожильной березетизацией.

Гидрогеология

Шарташским гранитным карьером вскрыты два водоносных горизонта: первый очень незначительный, возникший за счет поверхностных вод; второй − за счет грунтовых вод трещиноватых зон гранита. Среднемноголетний водопроток в карьере составляет 160-220 м³/ч. Поэтому непрерывно круглый год производится откачка воды водоотводными установками (200 м³/ч) в болота малого Шарташа.

Разработка месторождения

Вскрытые породы представлены растительным слоем и торфяными отложениями. Средняя мощность вскрытых пород составляет от 0,7 до 2,3 м. Высота карьера в северной части 47 м, в южной части 68 м. В периметре его размеры составляют 700 м в длину и 600 м в ширину.

Добыча на карьере ведется взрывным способом. При добыче блоков и дальнейшей их разделке для заготовок используется буроклиновый способ, т.е. метод одиночных мелко шпуровых пороховых зарядов с применением в качестве средства взрывания − огнеупорного шнура. В результате добытый гранит получается средним или мелкозернистым. Этими работами занимается ООО «Буровзрывные и строительно-монтажные работы» г. Нижний Тагил. Гранит вывозят на перерабатывающий завод, где глыбы дробят до определенных размеров.

По крупности щебень разделяют на фракции. Фракция − это максимально допустимый размер отдельно взятого камня (зерна). Разделяют основные и сопутствующие фракции щебня. К основным фракциям относятся: 5-10, 5-20, 10-20, 20-40, 20-65, 25-60, 40-70 мм. К сопутствующим фракциям относятся: 0-2, 0-5, 0-15, 0-20, 0-40, 0-60, 2-5 мм. В отдельных случаях находят применение фракции 70-120 и 120-150 мм.

Механизмы: Белазы 740 – вывоз породы из карьера на дробильные установки, ПВР − рыхление скальных пород, экскаватор ЭКГ-5, буровые станки СБШ-200, СБШ-240, УРБ на базе Камаза. Дробильное оборудование: дробилка щековая СМТ-111, дробилка конусная КСД-2200. Сортировка – ГИЛ 52.

Карьер обеспечивает весь город своей продукцией. Также прямо на одном из уступов установлена линия по производству асфальта. Вывоз в год добытого сырья 300000 м³ . Цена щебня фракции 20-40 мм составляет 220 руб./м³.

Экология

Радиоактивность щебня − самая важная характеристика, с которой обычно начинается обсуждение качества строительного щебня с покупателем. Чтобы продукция была пригодна для всех без исключения видов строительных работ (это должно быть подтверждено соответствующими сертификатами и санитарно-эпидемиологическими заключениями, исследованиями спецлабораторий), весь поставляемый гранитный щебень и другие виды высокопрочного щебня должны относиться к 1-му классу по радиоактивности (менее 370 Бк/кг).

Предприятие по количеству выбросов превышает предельно допустимые значения, т.е. не соответствует нормативам. Также, систематически выплачивает штрафы за превышение содержания в воздухе пыли, применяется дробильно-сортировочный комплекс аспирационная установка с водооборотным снабжением. Распыление воды в воздухе приводит к снижению запыленностей. Также используется герметизация оборудования, где имеются рабочие места, гротовщики используют индивидуальные средства защиты.

На сегодняшний день при открытии горных разработок, согласно лицензии, выданной предприятию на разработку недр, является условие провидения рекультивации − восстановления нарушенных земель. Администрацией города Екатеринбурга совместно с ЕМУП «ШКГ», ООО «СГК» выбрано направление проведения рекультивации Шарташского карьера путем засыпки и образования водоема не более 8-12 м глубиной. Для этих целей, в настоящее время разрабатывается проект рекультивации институтом «Уралгипроруда» и одновременно производится отсыпка фунтом бортов карьера (24-28 тыс.м³/год).

Продукция

В настоящее время, разработчиками являются: ЕМУП «Шарташский гра-

нитный карьер», ООО «Сибирский гранитный карьер». Объем добываемой продукции в год: ЕМУП «ШГК» − 576 тыс. м³, ООО «СГК» − 372 тыс. м³.

Балансовые запасы гранита по состоянию на 2004 г. категории А+В+С₁ Шарташского месторождения −14948 тыс. м³, Сибирский карьер − 679 тыс. м³.

Являясь превосходным материалом для промышленного и гражданского строительства, граниты Шарташского массива по своему составу являются единственными в бывшем СССР пригодными для использования в качестве флюса при изготовлении электродов для электросварки.

Качественные показатели гранита Шарташского месторождения: средняя плотность – 2,56-2,70 г/см³, марки щебня: по истираемости И3-И4, по сопротивлению удару на копре У50-У75 ПМ, по морозостойкости – F50, по прочности − 600-1200.

Качественные показатели гранита Сибирского месторождения: средняя плотность – 2,61 г/см³, марки щебня: по истираемости И2-И4, по сопротивлению удару на копре У50 ПМ, по морозостойкости – F50, по прочности − 600-1200.

Добываемый гранитный щебень соответствует ГОСТ 8267-93 и используется: фракция 5-20 мм − для изготовления бетона; 20-40 мм − бетон и подсыпка дорог; 40-70 мм − строительство, ремонт дорог; отсев − бетон, подсыпка инженерных коммуникаций приготовление соляного раствора для подсыпки дорог в зимнее время.

Природный комплекс «Каменные палатки».

У входа в парк выставлены крупные глыбы шарташских гранитов. Одна из глыб представлена однородным массивным среднезернистым биотитовым гранитом, а вторая демонстрирует взаимоотношения двух разновидностей биотитовых гранитов: темно-серого мелкозернистого и светло-серого порфиробластового среднезернистого, рассекающихся жилками аплита.

«Каменные палатки» представляют собой обнажение шарташских гранитов с широко развитыми трещинами разных направлений, образование которых является последним актом в развитии трещинных структур Шарташского гранитного массива. Они отчётливо и насквозь секут граниты и все заключённые в них жильные образования. Такие пластовые трещины в совокупности с системой крутопадающих обусловливают превосходно выраженную матрацевидную отдельность, которая образовалась в результате остывания магмы и отчетливо проявилась благодаря процессам физического выветривания.

Экскурсионные задания

Итогом экскурсии является обработка записей в полевом дневнике, оформление зарисовок, составление каталога образцов и их маркировка. После обработки полевых материалов составляется глава отчета, где отражаются сведения по геологическому строению, тектоническим особенностям, гидрогеологическим условиям данного месторождения, технологическому процессу добычи строительного камня, представленного гранитами. Оцениваются факторы, влияющие на рентабельность работы предприятия, дается экологическая оценка деятельности и негативные стороны работы предприятия.

1. Сфотографировать и сделать схематическую зарисовку Шарташского карьера.

2. Отобрать образцы гранитов, аплитов, лампрофиров, место отбора нанести на план.

3. Дать характеристику гидрогеологических условий месторождения.

4. На какие группы по содержанию SiO₂ подразделяются магматические горные породы, приведите примеры.

5. Какие структуры и текстуры типичны для плутонических пород?

6. Что такое вскрышные породы? Какова мощность вскрышных пород на Шарташском карьере, какими породами представлены?

7. За счет, каких природных процессов образовались такие формы рельефа как «Каменные Палатки»? Сделать зарисовку и сфотографировать «останцы» гранитов, определить элементы залегания. Приведите пример аналогичных форм рельефа.