CC BY
0Т. П. Волкова, А. А. Петрова
УДК 550.83: 553.9
ЛИТОЛОГО-СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ УГЛЕНОСНОЙ ТОЛЩИ КАЛИНОВСКОГО КУПОЛА (СВИТА С27)
Статья посвящена проверке гипотезы о конседиментационном заложении глубинной структуры Донбасса, позднее включившей пликативные структуры северной части Донецко-Макеевского района. Проведен детальный анализ строения Калиновского купола. Выполнена привязка морфометрии мощности угольного пласта тз свиты С27 по элементам строения купольной структуры.
Ключевые слова: купол, структуры, рельеф, пласт, скважины, мощность, изопахиты.
Введение. Актуальность исследования тектонических структур Донбасса связана не только с газодинамическими явлениями в шахтах, но и с продуктивностью угленосных свит карбона. Закономерности распределения газоносности в Донецко-Макеевском углепромышленном районе Донбасса подтверждена результатами многих исследований [1, 2]. На юге и юго-востоке района большая часть газопроявлений концентрируется в зонах дизъюнктивных нарушений типа сдвигов [1]. В масштабах района они образуют структуру регионального уровня, которая простирается вдоль Мушкетовского надвига [2]. На севере и северо-востоке района распределение газоносности связано с цепочкой пликативных структур. К ним относятся поперечные флексуры (Ветковская, Чайкинская, Калиновская и Ясиновско-Ждановская) и купола (Верхнекальмиусский, Чайкинский, Калиновский, Зуев-ский). В региональном плане они сконцентрированы на продолжении Южной антиклинали в полосе, параллельной основным линейным складкам Донбасса. Кроме влияния на газоносность в пределах выделенных флексурных складок отмечается уменьше-
ние мощностей некоторых свит карбона и мощности отдельных угольных пластов [3]. В пределах пликативных структур угольные пласты свиты С27, имевшие на большей части Донецко-Макеевского района нерабочую мощность, характеризовались стабильной рабочей мощностью [4].
Угольный пласт m3 достигает максимальных для Донецко-Макеевского района мощностей 1,7-2,2 м в полосе пликативных структур северо-западного простирания, куда попадает и Кали-новский купол, против обычных 0,7-1,1 м. В крыльях Чайкинско-го купола мощность пласта снижается до 1,2-1,4 м [5]. Аналогичные тенденции в изменении мощности рабочих пластов должны наблюдаться для других пликативных структур района. Целью данной статьи является анализ закономерностей изменения мощности свиты С27 и пласта тз в пределах Калиновского купола.
Материалы и методы исследования. Установленный характер изменения рабочей мощности угольных пластов связан с особенностями палеорельефа. Площади развития угольных пластов с аномально высокими для района мощностями маркируют пространственное положение древней антиклинальной структуры, существовавшей на протяжении длительного геологического времени в северной части Донецко-Макеевского района. Авторы считают [4], что такой характер изменения мощности угольных пластов связан с приуроченностью стабильных участков с наиболее мощными и простыми по морфологии угольными пластами к крупным положительным формам палеорельефа [5].
В Донецко-Макеевском углепромышленном районе свита С27 включает 10 слоёв известняков и до 24 угольных пластов, из которых рабочих пластов всего 8. Стабильно разрабатывается шахтами района только пласт тз. Остальные пласты свиты т2, ms, т7, тя имеют рабочую мощность на значительно меньшей площади, а иногда - на отдельных участках. Литологический состав отложений свиты преимущественно алевролито-аргиллитовый (66 %) с подчиненным значением песчаников (29 %), известняков (3,1 %) и углей (1,2 %). Залегание всех свит среднего карбона согласное, без перерывов, имеются внутрифор-мационные размывы [6]. В целом по району мощность свиты
увеличивается от 235 м на западе до 640 м на востоке (в среднем по району составляет 470 м).
По материалам горных работ установлена морфометрия и размеры Калиновского купола. Он имеет форму сундучной складки с разной степенью асимметрии на шахтных полях. Ширина сводовой части Калиновского купола в юго-западной части составляет 350 метров (разведочный профиль III-III'), достигая максимальных размеров (1 300 м) в центре поля шахты «Кали-новская-Восточная», уменьшаясь на северо-восток (до 300 м) и с глубиной [7]. Складка относится к типу сундучных, имея разную степень асимметрии на разных участках своего простирания (рис. 1).
Рис. 1 - Морфометрия сундучной складки по линии разреза УТ-УТ' поля шахты «Калиновская-Восточная»
Северное крыло складки более крутое с диапазоном изменения угла падения от 8 ° до 25 Южное крыло более пологое с падением от 2 ° до 14 ° Ширина южного крыла в 2-3 раза превышает ширину северного [7]. Положение шахтных полей в структуре Калиновского купола показано на рисунке 2.
Условные обозначения к рис. 2: 1 - маркирующие горизонты: угли (а), известняки (б); 2 - тектонические разрывы; 3 - шахты: действующие (а), закрытые (б)
Рис. 2 - Положение шахтных полей в пределах Калиновского
купола
В южной части Калиновский купол постепенно переходит в северное крыло Макеевской синклинали. Сводовая часть и южное крыло структуры изучено хорошо. Северное крыло Калинов-
ского купола изучено недостаточно [7]. На крыльях купольной структуры и прилегающих к нему участках Макеевской синклинали расположены поля шахт им. В. И. Ленина, «Кировская-Западная» (см. рис. 2). Северо-западное крыло Калиновского купола образовано Калиновской флексурой. Здесь, в зоне перехода к Чайкинской флексуре расположено поле шахты им. А. Б. Батова. Поле шахты № 13-бис находится на северовосточном крыле, в зоне Калиновской флексуры.
Результаты исследования и их обсуждение. Нами было проанализировано изменение мощности свиты С27 и угольного пласта тз в пределах Калиновского купола в зависимости от положения шахтных полей по элементам пликативной структуры (табл. 1).
Таблица 1 Положение шахтных полей на изучаемой площади
Название шахты Положение шахтного поля в геологической структуре Мощность свиты С27, м Средняя мощность пласта тз, м
Кировская-Западная Юго-восточное крыло Макеевской синклинали 311,0 0,73
Калиновская-Восточная Сводовая часть Калиновского купола 389,6 0,66
им. В. И. Ленина Юго-западное крыло Макеевской синклинали 325,3 0,74
им. А. Б. Батова Северо-западное крыло Калиновского купола 373,0 1,26
№ 13бис Северо-восточное крыло Калиновского купола 393,5 0,71
Построены изопахиты пласта тз в пределах Калиновского купола (рис. 3).
Условные обозначения к рис. 3: 1 - изопахиты; 2 - изогипсы сместителя надвига; 3 - устья скважин; 4 - № и линия разреза
Рис. 3 - Изопахиты пласта тз в пределах Калиновского
купола
На уровне современного эрозионного среза Калиновский купол картируется по выходам свит С26, С27. В своде Калиновского купола расположено поле шахты «Калиновская-Восточная». Горными работами здесь зафиксирована максимальная интенсивность дизъюнктивных нарушений. Сводовая часть купола фиксируется по совместному выходу на поверхность надвигов Тимошенко и Французского, а также пластов свиты С27 и С26 (см. рис. 1). В пределах рассматриваемой площади диапазон изменения мощности свиты С27 незначителен (см. табл.1), в среднем она составляет 358,5 метров. Мощность пласта тз варьирует от 0,66 м в сводовой части купола до 1,26 м в северо-западном крыле Калиновского купола, в зоне перехода к Чайкинской флексуре. Преобладают значения 0,7 м, характерные для пласта тз в пределах всего Донецко-Макеевского района [5]. Минимальные значения наблюдаются в сводовой части купола. Здесь за счёт эрозионных процессов мощность пласта тз снижается до нулевых отметок (скв. МС-56 пр. VII-VII' и скв. МС-50 пр. VIII-VIII'). В сводовой части Калиновского купола выходят на поверхность все пласты свиты С27 и, частично, свиты С26 - пласты I21-lé.
Ранее нами был установлен тренд повышения рельефа с юго-запада на северо-восток поля шахты «Калиновская-Восточная» [8]. Сводовая часть Калиновского купола характеризуется снижением мощности покрывающих отложений и нижележащей угленосной толщи. Нами показано, что этот результат является следствием тектонической активизацией трёх крупнейших надвигов Донецко-Макеевского района - Итальянским, Французским, Тимошенко и региональным Калиновским надвигом [8].
Здесь при пересечении Французского надвига с надвигом Тимошенко (на северо-востоке) и Калиновским, Итальянским (на юго-западе), сместители которых падают навстречу друг другу, образовался горст. В результате под действием сжимающих напряжений угольная толща свит С27 и С26 была выдавлена на поверхность и разрушена эрозионными процессами. На всех разрезах эта часть поверхности расположена над сундучной складкой (см. рис. 1) и картируется в сводовой части Калиновского купола.
Установлена отрицательная связь между глубиной положения сместителя надвигов и высотными отметками устьев скважин. Участки повышенного рельефа местности характеризуются уменьшением глубины прохождения надвигов с постепенным их выходом на поверхность. Это значит, что рельефообразующими являются тектонические, а не осадочные структуры.
По результатам корреляционного анализа построено уравнение регрессии между этими показателями, позволяющее выделить участки повышенной дизъюнктивной нарушенности поля шахты «Калиновская-Восточная». Оно может служить математической моделью карты дизъюнктивной нарушенности зон динамического влияния разломов шахтного поля «Калиновская-Восточная» на уровне земной поверхности.
Заключение. В период осадконакопления на дне осадочного бассейна формировалась цепочка локальных купольных поднятий северной части Донецко-Макеевского района. Позднее, в эпоху главной герцинской складчатости формирование флексур (структур сжатия) и сопряженных с ними надвигов препятствовало слиянию существовавших отдельных локальных поднятий в единую структуру. Наиболее поздние тектонические движения происходили в альпийскую эпоху тектонической активизации региона. На этом этапе за счёт сжимающих напряжений, формирующих надвиги, происходило «выжимание» угленосной толщи на дневную поверхность, где и происходило её частичное разрушение. Как следствие этих процессов установлено уменьшение мощности свиты С27 и угольного пласта тз. Установлено значительное влияние более поздних тектонических процессов на морфометрию пластов угленосной толщи. В Калиновском куполе такой результат является следствием геодинамической активизации крупных дизъюнктивных нарушений Калиновского купола -Французского, Тимошенко, Итальянского. Представления о первичной мощности угольной толщи могут быть получены в глубоко залегающих элементах изучаемой структуры - зоне перехода Калиновского купола в соседнюю Чайкинскую флексуру. Здесь значения мощности угольного пласта превышают 1,2 метра. Такие участки в процессе современных тектонических движений
испытывали растягивающие напряжения и обеспечили сохранность первичной морфометрии угольной толщи.
Исследования проведены в рамках выполнения фундаментальной научно-исследовательской работы FRSR 2023-0007 «Разработка геолого-геофизической модели формирования аномальных скоплений метана на угольных шахтах в зонах динамического влияния разломов».
ЛИТЕРАТУРА
1. Корчемагин, В. А. Структурно-тектонофизические исследования для прогноза газоносности и горно-геологических условий на полях шахт Донецко-Макеевского района / В. А. Корчемагин, В. И. Алёхин, И. О. Павлов // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ, 2010. - Вып. 87. - С. 209-217.
2. Корчемагин, В. А. Глубинные структуры южной части Донбасса и их роль в размещении скоплений углеводородов / В. А. Корчемагин, И. О. Павлов, А. В. Никитенко // Геотехническая механика: Дншро: 1ГТМ НАНУ, 2012. - № 102. - С. 81-88.
3. Белоконь, В. Г. Взаимосвязь осадконакоплений со складчатыми структурами Донецкого бассейна / В. Г. Белоконь // Геотектоника - 1967. - № 1. - С. 117-125.
4. Нагорный, Ю. Н. Зависимость морфологии угольных пластов от современной тектонической структуры Донецкого бассейна / Ю. Н. Нагорный, В. Н. Нагорный, Б. П.Земляной // Уголь. - 1974. - № 5. - С. 66-69.
5. Нагорный, Ю. Н. О роли конседиментационных тектонических движений в формировании складчатой структуры Донбасса / Ю. Н. Нагорный, В. Н. Нагорный, Б. П. Земляной // Геотектоника. - 1973. - № 5. - С. 107-117.
6. Алексеев, В. Г. Донецко-Макеевский угленосный район / В. Г. Алексеев, В. М. Омельянович, Ю. В. Петровский // Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР. - Т. 1. - М.: Гос-геолтехиздат, 1963. - С. 619-647.
7. Геологический отчет о переоценке запасов каменных углей поля шахты «Калиновская - Восточная» ПО «Макеевуголь»
(подсчет запасов по состоянию на 01.01. 1989 г.) в 10 книгах, четырех папках. Книга 2. МУП СССР, ПО «Укруглегеология», Макеевская геологоразведочная экспедиция. [Текст отчета]. -Донецк, 1989. - 166 с.
8. Волкова, Т. П., Оценка геодинамической активности разломов поля шахты «Калиновская-Восточная» / Т. П. Волкова, К. В. Репина, А. А. Петрова // Труды РАНИМИ: сб. науч. тр. -Донецк, 2024. - № 1 (39). - С. 78-93.
Волкова Татьяна Петровна, доктор геологических наук, профессор, заведующий геологическим отделом, ФГБНУ "РАНИМИ", Россия, ДНР, Донецк, тел.: +7 949 463-59-30, voltep@rambler.ru.
Петрова Алена Александровна, геолог II категории геологического отдела, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, тел.: +7 949 403-66-89, alena.petrova_1994@mail.ru.
LITHOLOGICAL AND STRUCTURAL ANALYSIS OF THE COAL-BEARING STRAT OF THE KALINOVSKY DOME (SUITE C27)
The article is devoted to testing the hypothesis about the consedimentary emplacement of the Donbass deep structure, which later included the plicate structures of the northern part of the Donetsk-Makeevka area. A detailed analysis of the structure of the Kalinovsky dome was carried out. The morphometry of the coal thickness m3 of the C27 formation was linked to the structural elements of the dome structure.
Keywords: dome, structures, relief, formation, wells, power, isopachites.
Volkova Tatyana Petrovna, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Chief of Geology Department, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, iel.: +7 949 463-59-30, voltep@rambler.ru.
Petrova Alena Alexandrovna, Geologist of II categories of the Geological Department, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, -rel.: +7 949 403-66-89, alena.petrova_1994@mail.ru.
