CC BY
32
УДК 550.4:552.57
МОРФОЛОГИЯ УГОЛЬНОГО ПЛАСТА k2 МИЛЛЕРОВСКОЙ ЗАПАДНОЙ ПЛОЩАДИ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА В СВЯЗИ С УСЛОВИЯМИ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ
© 2009 г. В.Н. Фролов
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
ул. Зорге, 40, Ростов н/Д, 344090, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090,
dek_geo@sfedu.ru dek_geo@sfedu.ru
На основе палеогеографических реконструкций и данных о строении угольного пласта k2 Миллеровской западной площади Восточного Донбасса показана закономерная зависимость морфологии угольной залежи от условий ее формирования.
Ключевые слова: угольный пласт, морфология, палеогеография, Восточный Донбасс, Миллеровская западная площадь.
Natural connection between coal bed morphology and its conditions of forming is shown on the base of paleogeography reconstructions and data about coal bed k2 structure in the Millerovo Western field of the Eastern Donbas.
Keywords: coal bed, morphology, paleogeography, Eastern Donbas, Millerovo western field.
Залежи ископаемого угля имеют вид пластообраз-ных или линзообразных тел, относительно выдержанных на площади и характеризующихся набором пространственно-морфологических признаков: мощностью, строением, характером и степенью изменчивости на площади [1]. Совокупность этих признаков определяет морфологию залежи и является следствием сложного взаимодействия факторов, контролировавших процесс накопления и преобразования органического вещества. С этих позиций изучение морфологии угольного пласта как ключевого параметра при оценке ресурсов и подсчете запасов угольных месторождений должно основываться на представлениях о его формировании. Но в настоящее время в практике геологоразведочных организаций решение этой проблемы в большинстве случаев основывается лишь на статистическом анализе данных. Значения мощности обычно просто интерполируются и экстраполируются, а большой объем данных (документация керна скважин, результаты каротажа и др.) оказывается недостаточно востребованным и проанализированным, что может снижать эффективность проведенных геологоразведочных работ. В то же время детальность изучения разрезов углевмещающих пород при поисках и разведке угольных месторождений позволяет получить первичную информацию об условиях формирования угольного пласта. Это дает возможность подойти к решению вопросов морфологии залежей угля с генетических позиций, повысить обоснованность геологических построений. Генетический подход в угольной геологии в нашей стране был заложен в работах Ю.А. Жемчужникова [2, 3]. Применительно к проблеме морфологии пласта подобные представления последовательно развивает В.Н. Волков [1, 4, 5]. Вопросам строения угольного пласта и методам его изучения посвящен ряд монографий и множество работ [1, 4 - 6]. В статье на основе теоретического материала и результатов геологоразведочных работ предпринята попытка показать закономерную зависимость морфологии залежи от условий ее формирования на
иримере пласта* к2 Миллеровской Западной площади Восточного Донбасса.
Выбор пласта к2 в качестве объекта исследования обусловлен его высокой промышленной значимостью в Восточном Донбассе. Пласт прослежен на большей части площади бассейна и имеет преимущественно рабочую мощность. В 1980-е гг. он разрабатывался 23 шахтами. Для залежи характерно сложное строение: в складчатом Донбассе, по К.Б. Носовой [8], она преимущественно состоит из двух пачек - нижней к2н и верхней к2в, которые в свою очередь сложены угольными пачками более низкого ранга. На большей части Восточного Донбасса нижняя и верхняя пачки разделены большим междупластьем и рассматриваются в качестве самостоятельных пластов. При этом пласт к2н имеет преимущественно рабочую мощность и разрабатывается, а к2в промышленных скоплений не образуют. Слитное строение пласт к2 имеет в Милле-ровском угленосном районе, где его мощность достигает максимального значения для Восточного Донбасса, составляя 2,4 м.
Этот факт вместе с относительно небольшой мощностью перекрывающих отложений и простыми условиями залегания пласта позволяет рассматривать площади Миллеровского угленосного района в качестве потенциала развития Восточного Донбасса. Среди них наиболее изучена Миллеровская Западная площадь, на которой были проведены поисковые и оценочные работы.
Для изучения современного строения угольной залежи были использованы данные поисковых и оценочных работ, а также материалы К.Б. Носовой [8]. Анализ и построения были выполнены по методике Т.А. Ягубянца [6].
"Под пластом в [7] подразумевается залежь угольного вещества, заключенная между приблизительно параллельными поверхностями. В целях упрощения терминологии в настоящей статье понятия «пласт» и «залежь» по отношению к углю к2 используются как синонимы.
Угольный пласт к2 имеет почти повсеместное развитие на изучаемой площади, лишь по единичным скважинам в центральной части территории отмечается его отсутствие. Мощность залежи изменяется от 0,3 до 3,4 м, суммарная мощность угольных пачек составляет от 0,2 до 2,4 м. Пласт, по данным К.Б. Носовой [8], образован слиянием угольных пачек к2н-1, к2н-2 и к2в. Основными чертами его морфологии является широкое развитие зон выклинивания, расщепления, полного или частичного замещения угольных пачек, которые оказывают влияние как на стратиграфическую полноту залежи, так и на ее суммарную мощность (рис. 1).
а с ю
Рис. 1. Схематические профили угольного пласта к2 на Миллеровской Западной площади: а - меридионального простирания; б - широтного
Почва пласта по большинству изученных скважин представлена «кучерявчиком» - различными по гранулометрическому составу породами с характерной комковатой неслоистой текстурой, сформированной корнями растений. В основании пласта залегает угольная пачка к2н-1. Границей ее распространения является линия выклинивания, оконтуривающая участок неправильной формы в центральной части площади, и линия расщепления на юге территории (рис. 2).
|=]5 Ш'
Рис. 2. Морфология угольного пласта к2 на Миллеровской Западной площади (по К.Б. Носовой [8], с дополнениями): 1 - мощность угольного пласта; 2 - площадь распространения угольной пачки к2н-1; 3 - площадь распространения угольной пачки к2в; 4 - контур выклинивания угольной пач-
ки; 5 - линия расщепления угольной пачки; 6 - участок размыва угольного пласта; 7 - населенный пункт
Мощность пачки изменяется в пределах 0,3-0,6 м, достигая 0,8 м. Далее вверх по разрезу пачка к2н-1 постепенно, на отдельных участках разделяясь породны-
1 н 2
ми прослоями, переходит в пачку к2 , распространенную повсеместно на площади. Мощность пачки составляет около метра, сокращаясь в зонах размыва пласта до 0,3 м. Заканчивается разрез пласта пачкой к2в, развитой на большей части площади. Пачка обычно отделена от нижележащих пачек породными прослоями. Граница ее распространения устанавливается по зоне выклинивания в центральной и восточной части площади, а также зоне расщепления на западе территории (см. рис. 2). Мощность пачки в среднем составляет 0,4 м, достигая на отдельных участка 0,75 м. В кровле пласта залегают преимущественно аргиллиты с подчиненным значением алевролитов и песчаников. На отдельных участках отмечены признаки эрозионного и абразионного размыва угольного пласта.
На юго-западе площади установлено довольно редкое для Донбасса замещение угольного пласта аллювиальными отложениями [9]. Строение залежи в зоне замещения усложняется, появляется большое количество породных прослоев, угольные пачки утоняются с выклиниванием или замещением углистыми породами. Общая мощность пласта резко возрастает.
Для детализации условий формирования угольного пласта на Миллеровской Западной площади были изучены регрессивная и трансгрессивная части цикла к2. В качестве фактического материала использовалось детальное описание керна по более чем 90 скважинам. За основу при палеогеографических построениях была взята фациальная схема Ю.А. Жемчужни-кова [10].
Накопление торфяника, давшего начало угольному пласту к2, происходило на границе башкирского и московского веков, в конце мелекесского времени. В этот временной отрезок современная Миллеровская Западная площадь представляла собой северо-восточный фланг бассейна осадконакопления, занимавшего Донецкий прогиб. На юге Восточно-Европейской платформы существовала выположенная аллювиальная равнина, периодически затапливаемая мелководным морем [11]. Источниками сноса обломочного материала выступали приподнятые области Украинского щита, Воронежской антеклизы и Кавказской суши. В условиях теплого гумидного климата в об-становках дельт и заливно-лагунного побережья происходило мощное торфонакопление.
Регрессивная часть цикла охватывает временной период от накопления известняка К2 до формирования торфяника, давшего впоследствии угольный пласт к2. Мощность регрессивной части заметно изменяется в пределах описываемой площади от 0,1 до 20 м. Большая часть описанных отложений отнесена к фациям переходной группы. Лишь в юго-западной части площади в верхней части разреза уверенно установлены фации песчаных осадков русла (АР) и пес-чано-алевритовых осадков поймы (АП), относящиеся к группе континентальных фаций. Начало регрессии на всей территории фиксирует фация глинистых осадков лагун и заливов (ПГ), представленная тонко-
зернистыми алевролитами и аргиллитами с неясной горизонтальной, преимущественно тонкой слоистостью, наличием мелких, плохой сохранности растительных остатков и смешанной пресноводной и морской фауной. Вверх по разрезу и по площади глинистые осадки лагун и заливов переходят в фацию пес-чано-алевритовых осадков зоны волновой ряби (ПВ), песчаных осадков пересыпей, кос и баров (1111). глинисто-алевритовых и песчаных осадков приморских озер (ПО). Фация ПВ обычно представлена алевролитами и мелкозернистыми песчаниками с волнистой, часто линзовидной слоистостью, мелкими растительными остатками и прибрежными формами фауны. Песчаные осадки пересыпей, кос и баров характеризуются разнообразной слоистостью: крупной косой, клиновидной, мелкой горизонтальной, волнистой и почти полным отсутствием растительных остатков и фауны. В отличие от них отложения фации ПО, включающие в себя разнообразные породы (от аргиллитов до мелкозернистых песчаников), имеют преимущественно горизонтальную слоистость, характеризуются обилием растительных остатков и отсутствием фауны. На юго-западе площади регрессивная часть цикла завершается фациями АР и АП. Характерной их особенностью является хорошо выраженная косая однонаправленная или косая мелкая сходящаяся слоистость, грубозернистый состав, обилие растительных остатков разной сохранности и размера при почти полном отсутствии фауны.
Трансгрессивная часть цикла к2, заканчивающаяся отложением известняка К3, выражена в комплексе переходных и морских фаций с общей мощностью в пределах площади от 0 до 20,5 м. Начало трансгрессии фиксируется фациями ПГ и ПВ, развитыми повсеместно на площади, а также фацией подводных выносов рек (ПР), отмеченной на юго-западе территории и являющейся подводным продолжением существовавшей здесь реки. Отложения этой фации представлены мелко- и среднезернистыми песчаниками с крупной косой разнонаправленной слоистостью, растительными остатками разной сохранности и размера, отсутствием фауны. Вверх по разрезу и по площади к указанным обстановкам добавляется фация ПП, на юго-востоке выше по разрезу устанавливаются морские фации - песчано-алевритовых осадков зоны волнений прибрежной части моря (МВ) и глинистых осадков материкового моря (МГ). Отличительной особенностью этих фаций является наличие морской фауны и почти полное отсутствие растительных остатков. Осадки зоны волнений представлены чередованием мелко- и крупнозернистых алевролитов с подчиненным значением мелкозернистого песчаника, слоистость волнистая и линзовидная. Глинистые осадки материкового моря имеют преимущественно горизонтальную тонкую слоистость.
На основе проанализированного материала можно предположить следующую картину осадконакопления в течение цикла к2 на Миллеровской Западной площади. На начальном этапе регрессии, после отложения известняка К2, море постепенно отступило с западной и восточной частей территории на юго-восток. В условиях усиления выноса обломочного материала в обстановке заливно-лагунного побережья в центральных
частях площади произошло формирование аккумулятивных форм кос, пересыпей и баров (средний этап регрессии). Прогрессирующее отступление моря привело к замыканию лагун в полуизолированные приморские озера и развитию речной долины на юго-западе территории (рис. 3). В заключительную стадию регрессии в условиях выположенного рельефа произошло зарастание водоемов, заболачивание на фоне подъема уровня грунтовых вод и формирование мощного торфяника, давшего начало угольному пласту к2.
Рис. 3. Схема развития регрессии в цикле к2 на Миллеров-ской Западной площади: 1 - мощность регрессивной части цикла; 2-4 - этапы регрессии: 2 - начальный, 3 - средний, 4 - заключительный; 5 - угольный пласт к2; 6 - аргиллит; 7 - алевролит; 8 - песчаник; 9 - известняк 10 - фация (расшифровка сокращения в тексте); 11 - населенный пункт
Основными структурными элементами рельефа были речная долина в юго-западной части территории, примыкающая к ней низменность в центральной части и относительно повышенные участки на востоке и западе площади. Поднятие уровня грунтовых вод привело к заболачиванию пониженных участков и речной поймы. В этих условиях в центральной и южной частях площади формировался торфяной слой, давший начало угольной пачке к2н-1. Он сокращался по мощности в сторону повышенных участков рельефа, а на юге территории его накопление осложнялось развитием речной поймы и отложением песчаного материала с подчиненным значением алевритов и глин. В современном строении пласта это выражено зоной его расщепления и замещения аллювием.
С погружением территории область, благоприятная для накопления торфа и сохранения его в ископаемом виде, охватила большую часть Миллеровской Западной площади за исключением участков речной поймы и русла. Формировался слой, давший начало угольной пачке к2н-2. В периоды небольших по масштабам ингрессий, проникавших преимущественно в центральную пониженную часть площади, формировались маломощные алеврито-глинистые прослои. Влияние моря выразилось и в увеличении содержания общей серы угольного вещества в этой части территории, одним из источников которой могли быть морские воды [12]. Низменный рельеф центральной части
площади также способствовал привносу терригенного материала, что привело к увеличению общей зольно-
1 н-2
сти пласта и зольности угольного вещества пачки к2 . Начало трансгрессии сократило площадь, благоприятную для торфонакопления.
Торфяной слой к2в формировался на относительно повышенных участках рельефа и выклинивалась к центру площади, который в это время представлял мелководный залив. Отступление суши локализовало завершающий этап торфонакопления на западе территории. Здесь в условиях высокой обводненности лагун и приморских озер формировался кеннель.
Наступающее с юго-востока море перекрыло торфяник алеврито-глинистыми и песчаными отложениями. Река отступила, формируя подводную дельту. В центральной части территории в обстановке зоны волнения прибрежной части моря образовались эро-зионно-акумулятивные формы. Местами они частично или полностью размыли формирующийся угольный пласт. К максимуму трансгрессии вынос обломочного материала снизился, подводные бары в центральной части площади разделили ее на две части - северозападную, где в обстановке лагуны шло отложение алеврито-глинистых осадков, и юго-восточную - здесь алеврито-песчаные отложения зоны волнения моря переходили в глинистые с увеличением глубины (рис. 4). В течение наступившего за отложением известняка К3 верейского времени глубокие эрозионные врезы рек размыли отложения трансгрессивной части цикла на юго-западе и северо-востоке территории.
Рис. 4. Схема обстановок осадконакопления максимума трансгрессии до отложения известняка К3: 1-4 - обстановки осадконакопления: 1 - лагуна, 2 - подводный бар, 3 - зона волновой деятельности моря, 4 - материковое море; 5 -угольный пласт к2; 6 - аргиллит; 7 - алевролит; 8 - песчаник; 9 - известняк К3; 10 - фация (расшифровка сокращения в тексте); 11 - населенный пункт
Из вышеизложенного следует, что современная морфология пласта предстает как результат сложного
взаимодействия процессов, способствовавших накоплению и размыву растительного материала. На примере Миллеровской западной площади нами подтверждены полученные ранее другими исследователями выводы об условиях и механизмах формирования угольного пласта [1 - 5]. Основным фактором, определяющим морфологию залежи, является рельеф подстилающей поверхности и его изменение во времени. Важное значение имеют также процессы сингенетического и эпигенетического размыва торфяника и формирующегося угольного пласта, значительно усложняющие строение последнего. Особенностью Мил-леровской западной площади являлось развитие речной долины и значительная роль морских ингрессий, обусловивших образование породных прослоев и изменение параметров качества полезного ископаемого. В практическом плане выделенные зоны неразмытого полного стратиграфического объема пласта являются перспективными для постановки геологоразведочных работ.
Литература
1. Волков В.Н. Морфология и генезис угольных пластов // Угольная база России. Т. 6. Основные закономерности углеобразования и размещения угленосности на территории России. М., 2004. С. 200-226.
2. Жемчужников Ю.А. Общая геология каустобиолитов. М., 1935. 546 с.
3. Строение и условия накопления основных угленосных свит и угольных пластов среднего карбона Донецкого бассейна : в 2 ч. / Ю.А. Жемчужников [и др.]. М., Ч. 1. 1959. 332 с.; Ч. 2. 1960. 346 с.
4. Волков В.Н. Генетические основы морфологии угольных пластов. М., 1973. 136 с.
5. Волков В.Н. Геология и охрана ресурсов ископаемых углей (месторождений мощных угольных пластов). Л., 1985. 216 с.
6. Ягубянц Т.А. Морфоструктурный анализ угольных залежей. М., 1988. 126 с.
7. Хрусталева Г.К. Словарь по петрологии твердых горючих ископаемых. Ростов н/Д, 2001. 152 с.
8. Отчет по теме «Составление сводных карт морфологии основных угольных пластов Донецкого бассейна (Ростовская область)» / Южное произв. геол. объединение, Ростовская геологоразведочная экспедиция / К.Б. Носова [и др.]. № ГР 8-82-5/7. Ростов н/Д, 1984. В 2 т. Т. 1. 76 с.
9. Черновьянц М.Г. Размывы и замещения угольного пласта к2 на площади Старобельско-Миллеровской моноклинали // Геологическое строение и минерально-сырьевая база Волго-Донского региона. Ростов н/Д, 1969. С. 85 - 91.
и 10. Атлас литогенетических типов угленосных отложений среднего карбона Донецкого бассейна / Л.Н. Ботвинки-на [и др.]. М., 1956. 368 с.
11. Кизильштейн Л.Я., Щиров В.Т., Черников Б.А. Сред-некарбоновое торфо-угленакопление в Донецком бассейне. Палеогеографические и пластово-качественные карты основных угольных пластов. Ростов н/Д, 2003. 108 с.
12. Хрусталева Г.К., Труфанов В.Н. Геология и промышленные типы месторождений твердых горючих ископаемых. Ростов н/Д, 2007. 240 с.
Поступила в редакцию
30 марта 2009 г.
