CC BY
7УДК 550.837
И. Ю. Николаев, Е. А. Ялпута, А. А. Сафин
ГЕОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОПЕРЕЧНОЙ РАЗЛОМНОЙ ЗОНЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО ДОНБАССА
Рассмотрены результаты геоэлектрических исследований в южной части Центральном Донбассе. Зона влияния Волновах-ско-Чернухинского глубинного разлома характеризуется аномально низкими значениями электросопротивления.
Ключевые слова: геоэлектрические исследования, Донбасс, раз-ломная зона, магнитотеллурические зондирования.
Введение
Крупные разломы в земной коре и их зоны относятся к региональным структурам, контролирующим расположение месторождений полезных ископаемых. В условиях Донбасса локализация эндогенного оруденения характерна для антиклинальных структур [1]. Здесь зоны глубинных разломов оказали существенное влияние на пространственное размещение гидротермальных рудных полезных ископаемых [2]. Так, ртутная, сурьмя-но-ртутная и золотополиметаллическая минерализации приурочены к Центрально-Донецкому продольному глубинному разлому, вдоль Главной антиклинали. Для Донбасса характерно наличие как продольных, так и поперечных глубинных разломов [2]. К поперечным можно отнести Волновахско-Чернухинский глубинный разлом [1] (Донецко-Кадиевский по [2]) вдоль которого в пределах Донецко-Макеевского района расположены тектонические структуры северо-восточного простирания - это Ветковская, Чайкинская, Калиновская, Ясиновско-Ждановская флексуры.
В углепородном массиве Донецко-Макеевского района, по мере приближения к крупным разрывным нарушениям, фиксируется достаточно большая концентрация метана [3], что представляет собой опасность при отработке угольного месторождения.
Авторами [4] установлено, что из глубинных разломов, по крупным и мелко амплитудным разрывным нарушениям к земной поверхности мигрируют метано-водяные смеси (флюиды сложного состава, обогащенные гелием и водородом) и газоносность пород Донецкого бассейна на современном этапе развития продолжает формироваться за счет дополнительных глубинных флюидопото-ков как метаморфогенного (глубокие горизонты Донецкого складчатого сооружения и Кальмиус-Торецкой котловины), так и абиогенного (глубинные разломы, в частности, Донецко-Кадиевский) происхождения. В результате происходит перераспределение углеводородных газов в угольно-породном массиве, формируется высокая газонасыщенность вплоть до газовых скоплений и мелких месторождений на флексуро- и куполоподобных складках, в зонах мелкоамплитудной нарушенности.
Своевременная детальная локализация разломных структур с поверхности и их картирование является актуальной задачей для обеспечения безопасности ведения горных работ, решение которой возможно при применении высокоинформативных современных методов электроразведки [5].
Традиционно для картирования глубинных разломов на больших площадях использовались методы сейсморазведки. Профилями глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ) покрыта вся доступная территория бывшего СССР, по результатам этих исследований определены глубины положения основных сейсмических границ - поверхности фундамента, Мохоровичича и Конрада, выделены глубинные разломы в земной коре. Созданные тектонические карты и сейсмические разрезы второй половины прошлого века отражают общую, региональную тектоническую обстановку, и до сих пор являются основой для проведения детальных геолого-геофизических работ.
Региональные сейсмические исследования методами КМПВ - ГСЗ на Донбассе и в ДДВ проводились Институтом геофизики им. С. И. Субботина НАН Украины и геофизической экспедицией «Днепрогеофизика». Через складчатый Донбасс пройдено два основных поперечных профиля в центральной и восточной его части, а также продольный профиль, несколько смещённый к северу от осевой линии региона.
Впервые комплексные геолого-геофизические исследования с использованием сейсмических данных, магнитного, гравитационного и теплового полей, сейсмотомографии, данных спонтанного электромагнитного поля Земли были выполнены для изучения строения всего разреза литосферы по профилю DOBRE-99. Профиль пересекает Донбасс в северо-восточном направлении приблизительно посредине между Донецком и Луганском [6]. На данный профиль попадают три продольных и один поперечный глубинные разломы: Южно-Донбасский, Мушкетовский, Центрально-Донбасский и Волновахско-Чернухинский.
В то время, как продольные глубинные разломы Донбасса наиболее достоверно отбиваются по данным ГСЗ, а также по геологическим данным, относительно положения в пространстве поперечных глубинных разломов Донбасса единого мнения у исследователей ещё не сложилось. Неоднозначность реконструкции объясняется малой плотностью профилей ГСЗ, большой мощностью осадочного чехла и недостаточной детальностью изучения.
Использование такого дорогостоящего метода, как ГСЗ, в масштабах отдельного шахтного поля нецелесообразно. В то же время, чрезвычайно важно локализовать положение источника глубинных флюидов и охарактеризовать верхнюю часть геологического разреза, выделив участки изменения геофизических свойств массива.
Целью данного исследования является определение характеристик глубинного геоэлектрического разреза Донецко-Макеевского района и его окрестностей. Для ее достижения поставлены задачи анализа результатов геоэлектрических исследований методом магнитотеллурического зондирования (МТЗ) прошлых лет и проведения электроразведочных работ методом аудиомагнитотеллурического (АМТЗ) зондирования в зоне влияния поперечного Волновахско-Чернухинского глубинного разлома.
Методы исследования
Аудиомагнитотеллурические зондирования основаны на измерениях временных вариаций естественного электромагнитного поля Земли в диапазоне частот 0,01 - 4000 Гц. Естественное переменное электромагнитное поле Земли (магнитотеллурическое
поле) порождается электрическими токами в ионосфере, дальними грозами и другими источниками, находящимися на достаточном удалении от точки наблюдения и носит региональный характер [7]. Методика полевых исследований подробно описана в [8]. Для обработки данных АМТЗ применяется разработанное в РАНИМИ программное обеспечение [9].
Возможность использования методов электроразведки для поисков глубинных разломов Донбасса обуславливается резким понижением удельного электросопротивления до 0,5 Омм из-за наличия флюидов, возникших при активизации и частичном плавлении в интервале глубин 20-25 км [10]. В то же время аномальные скопления газа в осадочной толще характеризуются повышением значений удельного электросопротивления [5, 7].
Схема расположения пунктов зондирования показана на рисунке 1.
Профиль АМТЗ начинается на Украинском щите вблизи Волновахи, пересекает девонские отложения и выходит в направлении Донецка параллельно Александровской антиклинали и сопряженной с запада Еленовской синклинали вдоль Волновахско-Стахановского поперечного вала, который определяется [1] как контролируемая Волновахско-Чернухинским разломом область распространения складок, ориентированных поперечно основным складчатым структурам Донецкого бассейна. Среднее расстояние между пунктами АМТЗ составляет 2,5-3 км, что обусловлено масштабом проводимых исследований.
Район проведения работ расположен на стыке двух крупных фациально-возрастных структур - Донецкого авлакогена и Приазовского кристаллического массива, что привело к развитию сложной тектоники.
Выделяются три структурных этажа. Нижний структурный этаж сложен глубокометаморфизованными и магматическими образованиями; средний - слабометаморфизованными отложениями девона и карбона; верхний - горизонтально залегающими мезо-кайнозойскими осадками. Средний структурный этаж, к которому приурочены, в основном, большинство рудопроявлений (ртути, флюоорита, полиметаллов, меди), сложен породами дево-
на и карбона, образующими пологую моноклиналь, представляющую собой южное крыло Кальмиус-Торецкой котловины.
1 - оси складок (а - антиклинальных, б - синклинальных); 2 - Волновах-ско-Стахановский поперечный вал; 3 - пункт МТЗ, его наименование; 4 - пункт АМТЗ, его номер
Рис. 1 - Схема геоэлектрических наблюдений (тектоническая
основа по [1])
На общем фоне моноклинального падения пород (8-12° на север) наблюдаются поперечные синклинальные и антиклинальные складки, разбитые различными нарушениями на отдельные блоки. Из складчатых структур района наиболее четко выделяются поперечные по отношению к простиранию пород субмеридиональные Александровская и Новотроицкая антиклинали.
Зона сочленения Донецкого прогиба и Приазовского кристаллического массива является наиболее крупной разрывной структурой района, заложенной в среднем-верхнем девоне по древним разрывам. Характеризуется она крупными тектоническими нарушениями, мелкой складчатостью, проявлениями магматизма.
Результаты исследования и их обсуждение
Анализ данных на трех пунктах МТЗ проводится по эффективным кривым [11], как наиболее информативным в случае трехмерности геологической структуры (рис. 2).
Период зондирования Т, с Рис. 2 - Кривые МТЗ
Эффективные кривые МТЗ по пунктам и ш1бЗ, находящимся в достаточном удалении от зоны влияния Волновахско-Чернухинского глубинного разлома, демонстрируют характер изменения геоэлектрических характеристик для Донбасса - увеличение сопротивления с глубиной, появление проводника на определенных глубинах и выход на уровень глобальной кривой
ГМТЗ. Проводящие тела на периодах зондирования 2 и 6 с характерны для Донецкого складчатого сооружения и отвечают, скорее всего, углистым отложениям.
Кривая МТЗ по пункту mts2, который располагается в районе Ясиноватско-Ждановской флексуры, контролируемой Волно-вахско-Чернухинским глубинным разломом, демонстрирует аномально низкие значения электросопротивления, в левой своей части фиксируя наличие проводника. Правая часть кривой также фиксирует аномально низкоомный характер разреза.
Геоэлектрический разрез по линии профиля АМТЗ можно условно разделить на три части, с юга на север. Первая, от пункта 1 до пункта 4 - высокоомная часть (рис. 3).
12 3 4 5 6 7 8 9 10
10 30 50 100 300 500 1000
Рис. 3 - Геоэлектрический профиль по данным АМТЗ
Она характеризует Украинский щит (пункт 1), девонские образования (пункт 2), отложения нижнего карбона (пункт 3). Граница между Приазовским блоком и Донбассом на этом разрезе не выделяется. Для второй части разреза, от пункта 4 до пункта 8, характерно наличие как высокоомных, так и низкоомных областей, имеющих субвертикальное расположение. Северная часть разреза, пункты 9 и 10, - это низкоомная область с высокоомны-ми включениями. В общем случае, как низкоомные, так и высо-комные области в верхней части разреза имеют связь с нижней его частью. Исключение составляет низкоомная область в верхней части разреза в районе пункта 3, который находится на участке распространения нижнекаменноугольных отложений. Отмечается наличие низко- и высокоомных включений по разрезу, начиная с пункта 2, на уровне глубин до 1000 м. В целом, можно сказать, что результаты АМТЗ демонстрируют геоэлек-
трическое строение района зоны сочленения Приазовского блока и Донбасса (высокоомная часть) и южного склона Донецкого складчатого сооружения (низкоомная часть) в зоне влияния Вол-новахско-Чернухинского глубинного разлома.
Выводы
Кривая МТЗ в зоне влияния Волновахско-Чернухинского глубинного разлома показывает низкоомный характер геоэлектрического разреза.
Результаты геоэлектрических исследований АМТЗ продемонстрировали высокоомный характер геоэлектрического разреза Приазовского массива Украинского щита и низкоомный - Донецкого складчатого сооружения. Масштаб исследований показал общий характер разреза, в то же время определены участки профиля и области изменения геоэлектрических характеристик по простиранию и глубине, которые могут свидетельствовать о происходящих изменениях флюидного режима, о наличии газо- или водонасыщенных трещиноватых зон. Несмотря на то, что все пункты АМТЗ находятся в зоне влияния Волновахско-Чернухинского глубинного разлома, только «донбасская» часть разреза характеризуется общим низкоомным характером с высо-коомными вставками.
Безусловно, проследить развитие разломных зон по глубине, в полной мере определить геоэлектрические характеристики и провести дальнейшие геодинамических построения возможно только при профильных, в том числе и детальных, исследованиях [12]. В связи с этим планируется проведение комплексных геофизических исследований в Донецко-Макеевском районе с учетом уже полученных данных для определения геодинамической активности разрывных нарушений региона.
Исследования проведены в рамках выполнения фундаментальной научно-исследовательской работы БЯ8Я 2023-0007 «Разработка геолого-геофизической модели формирования аномальных скоплений метана на угольных шахтах в зонах динамического влияния разломов».
ЛИТЕРАТУРА
1. Крисак, О. С. Волновахско-Стахановский поперечный вал в структуре Донецкого бассейна / О. С. Крисак, Ю. В. Попов // Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа: Коллективная монография по материалам XI Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Современные проблемы геологии, геофизики и геоэкологии Северного Кавказа (ГЕОКАВКАЗ 2021)". Том XI. -Москва: Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН, 2021. - С. 100-104.
2. Доленко, Г. Н. Разломная тектоника и нефтегазоносность Украины / Г. Н. Доленко, С. А. Варичев, В. В. Колодий и др. // К.: Наук. думка, 1989. - 116 с.
3. Иванов, Л. А. Особенности поля шахты «Калиновская Восточная», определяющие условия экспериментальных геофизических исследований / Л. А. Иванов, В. В. Туманов, А. В. Савченко, О. А. Шалованов, Э. В. Донченко, С. Г. Салий // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. - Донецк, 2023. - № 20-21 (35-36). -С. 79-86.
4. Анциферов, А. В. Данные о глубинных подтоках флюидов, формирующих современную газоносность пород Донбасса / А. В. Анциферов, В. А. Канин, А. А. Голубев, П. В. Галемский // Науковi пращ УкрНДМ1 НАН Украши. - 2014. - № 14. -С. 384-398.
5. Анциферов, А. В. Использование электромагнитного зондирования для оценки состояния подработанного углепород-ного массива / А. В. Анциферов, Л. А. Иванов, В. В. Туманов, А. В. Савченко, В. А. Анциферов // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. - 2021. - Т. 8, № 1. - С. 15-19.
6. Пашкевич, И. К. Строение литосферы по комплексному анализу геолого-геофизических данных вдоль профиля ЭОВЯЕ&ас11Юп'99/ООВЯЕ-2 (Восточно-Европейская платформа -Восточно-Черноморская впадина) / И. К. Пашкевич, О. М. Русаков, Р. И. Кутас, Д. Н. Гринь, В. И. Старостенко, Т. Ягник // Гео-физ. журн. - 2018. - Т. 40, № 5. - С. 98-136.
7. Туманов, В. В. Об использовании метода АМТЗ для выявления скоплений метана на угольных месторождениях / В. В. Туманов, Л. А. Иванов, А. В. Савченко, Г. П. Мартынов, Э. В. Донченко, С. Г. Салий, Г. А. Ершова // Труды РАНИМИ. -2021. - № 12-13 (27-28). - С. 85-100.
8. Шеремет, Е. М. Применение геоэлектрических методов для поисков углеводородного сырья в континентальных условиях Украины / Е. М.Шеремет, М. Т. Тиркель, В. В. Туманов, Н. Г. Агаркова, И. Ю. Николаев, А. В. Семенов // Записки Горного института. - Т.194. Санкт-Петербург. 2011. - С. 211-217.
9. Николаев, И. Ю. Первичная экспресс-обработка данных АМТЗ / И. Ю. Николаев, Л. А. Камбурова // Труды РАНИМИ. -2023. - № 23(38). - С. 192-201.
10. Гордиенко, В. В. Современная активизация и изотопия гелия территории Украины / В. В. Гордиенко, В. М. Тарасов / К.: Знання, 2001. - 100 с.
11. Кулик, С. Н. Модель электропроводности земной коры восточной части Украины / С. Н. Кулик, Т. К. Бурахович // Гео-физ. журнал. - 2000. - Т. 22. - № 5. - С. 39-47.
12. Жамалетдинов, А. А. Глубинная электропроводность архейских блоков Кольского полуострова в свете результатов эксперимента «Мурман-2018» (обзор) / А. А. Жамалетдинов, Е. П. Велихов, А. Н. Шевцов, В. В. Колобов, А. А. Скороходов, В. В. Ивонин, М. Б. Баранник, Т. Г. Короткова // Физика Земли. -2021. - № 1. - С. 69-94.
Николаев Иван Юрьевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела эколого-геофизических исследований, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, e-mail: [email protected].
Ялпута Елена Анатольевна, научный сотрудний отдела эколого-геофизических исследований, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк.
Сафин Анатолий Ахметович, научный сотрудник отдела эколого-геофизических исследований, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк.
GEOELECTRIC STUDIES OF THE TRANSVERSE FAULT ZONE OF CENTRAL DONBASS
The results of geoelectric studies in the southern part of the Central Donbass are considered. The zone of influence of the Volnovakha-Chernukhinsky deep fault is characterized by anomalously low values of electrical resistivity.
Keywords: electric studies, Donbass, fault zone, magnetotelluric soundings.
Nikolaev Ivan Yurievich, Ph. D. in Engineering Sciences, Senior Researcher at the Department of Ecological and Geophysical Research, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, e-mail: [email protected].
Yalputa Elena Anatolievna, Researcher at the Department of Ecological and Geophysical Research, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk.
Safin Anatoly Achmetovich, Researcher at the Department of Ecological and Geophysical Research, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk.
