CC BY
3УДК 550.83: 553.9
Т. П. Волкова, К. В. Репина, А. А. Петрова
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНО-ТЕКТОНИЧЕСКОГО ФАКТОРА НА ГАЗОНОСНОСТЬ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ ДОНБАССА
В статье изложены результаты анализа газопроявлений в скважинах, в связи со структурно-тектонической позицией шахтных полей в Донецко-Макеевском районе. Установлены значительные отличия дизъюнктивной нарушенности и газоносности шахтных полей западной, центральной и восточной частей района. Увеличение газоносности с запада на восток района имеет региональную составляющую - повышение степени метаморфизма углей. Локальная составляющая газоносности определяется структурно-тектоническим строением шахтного поля.
Ключевые слова: надвиги, купола, газоносность, угленосный район, шахтное поле.
Введение. Одной из основных проблем при разработке угольных месторождений является наличие метана, который создаёт угрозу безопасности труда шахтёров. С другой стороны, угленосная толща, насыщенная метаном, может служить источником добычи углеводородных газов. Только в одном Донецко-Макеевском районе, который по газоносности занимает второе место среди углепромышленных районов Донбасса, содержится 172 млрд. м3 метана [1]. Большая часть газа в углях содержится в сорбированном состоянии. Эффективное извлечение газа возможно из пород угольной толщи с повышенной пористостью, где газ находится в свободном состоянии, образуя локальные скопления. Прогнозирование таких участков в угленосной толще весьма актуально, как для каптирования метана, так и для обеспечения безопасности добычи угля. Целью данной статьи являет-
ся прогноз положения участков пород повышенной газоносности на шахтных полях Донецко-Макеевского района.
Материалы и методы исследования. В структурно-тектоническом плане Донецко-Макеевский район неоднороден. Большая его часть расположена на южном склоне Главного анти-клинория Донбасса, в южной части юго-западного крыла Каль-миус- Торецкой котловины в зоне мелкой складчатости. Здесь наряду с пологими субширотными складками развита наложенная система более молодых, резко асимметричных складок субмеридионального простирания. В результате наложения двух взаимно перпендикулярных систем возник целый ряд сложных пликативных структур - куполов и брахисинклиналей. Субширотные структуры развиты в юго-восточной части района. Крупный Мушкетовский надвиг рассекает всю угленосную толщу района в субширотном направлении [2]. К субмеридиональным флексурам центральной и восточной частей Донецко-Макеевского района относятся Ветковская, Чайкинская, Кали-новская и Ясиновско-Ждановская. Они имеют ряд общих черт: резко выраженную асимметрию складок с приподнятым восточным крылом, простирание осей складок и их погружение в северо-восточном направлении. Амплитуды этих нарушений составляют от 400-600 до 1200-1800 м, а к границам района переходят в более мелкие нарушения. Почти все крупные флексуры осложнены надвигами субмеридиональной ориентировки - Ветковским, Безымянным, Тимошенко, Французским. Угленосные отложения, изогнутые во флексурные складки, купола, мульды и синклинали, характеризуются повышенной газоносностью и широким развитием газирующих скважин [1].
Геологами установлен факт приуроченности скоплений метана к определенным тектоническим структурам и системам разрывных нарушений [3] - [5]. Локализация аномальных скоплений свободного газа происходит в зонах повышенной трещиновато-сти, максимально развитых в приосевых частях сместителей, пе-риклиналях и на участках перегибов пластов на крыльях складок [1], [5]. Площадная зональность также связана с распределением поровых, трещинно-поровых и трещинных типов коллекторов га-
за. В зонах развития катагенеза основное значение имеет структурно-тектонический фактор [6].
Результаты исследования и их обсуждение. Для оценки тектонической нарушенности шахтных полей нами использован количественный показатель, рекомендованный на месторождениях угля [7]:
К1= ^
5
где 2 I - суммарная длина нарушений (в метрах) в пределах анализируемого участка; 8 - площадь этого участка (в гектарах).
В результате этих расчётов нами получена количественная оценка дизъюнктивной нарушенности шахтных полей Донецко-Макеевского района (табл. 1).
Для оценки связи дизъюнктивной нарушенности шахтных полей с газоносностью нами проведён сравнительный анализ газоносности по угольному пласту к8, который отрабатывался большей частью шахт [8]. Даже по средним значениям шахт западной, центральной и восточной частей Донецко-Макеевского района (табл. 2 - 4), наблюдается значительное отличие в их газоносности. Этому способствует повышение, с запада на восток, степени метаморфизма углей. На западе отрабатывались марки Д и Г, в центре - Ж и К, на востоке - К и ОС.
Таблица 1 - Дизъюнктивная нарушенность шахтных полей Донецко-Макеевского района
Название шахты Площадь шахтного поля, га Оцениваемые тектонические нарушения Длина измеренных отрезков по нарушению, м K1
1 2 3 4 5
«Трудовская» 1220 Сброс №2 Надвиг №1 Надвиг №4 2528,41 773,54 927,74 3,47
Им. Челюскинцев 660 Сброс №2 Мушкетовский надвиг 955,9 413,81 2,07
Им. Абакумова 1270 Мушкетовский надвиг 3448,42 2,72
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5
«Лидиевка» 1680 Надвиг «В» Сброс «А» Без названия_1 Ливенский сброс 128,55 1578,97 1103,14 1103,50 2,33
«Куйбышевская» 510 Ливенский сброс Без названия_2 Мушкетовский надвиг Без названия 3 1655,24 1103,50 1532,74 691,77 9,75
Октябрьский Рудник 1490 Коксовый надвиг Ветковский надвиг 3171,94 6476,74 6,48
Им. А.Ф. Засядько 1520 Ветковский надвиг №1 Софиевский надвиг Без названия_4 Абрамовский надвиг 192,71 6436,52 2348,18 214,19 6,03
Им. Орджоникидзе 830 Французский надвиг 2169,96 2,62
«Чайкино» 1330 Безымяный надвиг Без названия 5 Без названия_6 Бутовский надвиг Ново-Чайкинский надвиг 395,76 2306,28 275,87 3967,67 6108,00 9,81
Им. Батова 900 Первомайский надвиг Калининский надвиг Без названия_7 Северный надвиг 8189,62 828,54 2539,17 2981,40 16,15
«Октябрьская» 940 Итальянский надвиг Северный надвиг Без названия_12 Без названия 13 5488,45 133,21 2207,00 3310,49 11,83
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5
Калиновская-Восточная 520 Первомайский надвиг Без названия 8 Без названия 9 Без названия 10 Без названия 11 Апофиз Итальянского надвига 1843,04 525,27 1851,53 827,62 356,55 621,82 11,70
«Пролетарская-Глубокая» 750 Итальянский надвиг Пролетарский надвиг Без названия 14 Без названия 15 7894,00 2132,47 275,87 489,72 14,38
«Ясиновская-Глубокая» 1780 Без названия 16 Без названия 17 Без названия 18 773,74 6989,27 3310,49 6,23
Западная часть района характеризуется простым тектоническим строением и моноклинальным залеганием пластов. За единичным исключением, эти шахты характеризуются низкой газоносностью (табл.2).
Таблица 2 - Газоносность шахтных полей западной части Донецко-Макеевского района
Название шахты Тектоническая нару-шенность шахтного поля Газоносность, м3/т.с.д.
«Трудовская» 3,47 5
Им. Челюскинцев 2,07 8
Им. Абакумова 2,72 10
Октябрьский рудник 6,48 8
Среднее значение 3,68 7,75
Так, например, поле шахты «Октябрьский рудник» расположено в северо-западной части Донецко-Макеевского угленосного района. Оно представляет собой крупный тектонический блок, ограниченный Коксовым надвигом на юго-западе и опу-
щенным крылом Ветковской флексуры - на востоке. Коксовый надвиг имеет амплитуду 40-55 м, уменьшающуюся с глубиной до 35 м.
Оба крыла Ветковской флексуры осложнены надвигами второго порядка - Ветковским надвигом № 2, амплитуда которого увеличивается с глубиной и составляет от 20 до 50 м; Ветковским надвигом № 3 - с амплитудой от 1,6-5,0 до 60-100 м. Надвиг «Б» имеет амплитуду нарушения 12 м. Основная часть шахтного поля относительно спокойна, с пологим залеганием пород от 8 до 15 0. Кроме крупной Ветковской флексуры, выявлены более мелкие флексуры - Северная и Центральная, имеющие локальное развитие и вливающиеся на востоке в Ветковскую флексуру. К ним отнесены Северная и Центральная флексуры. Основная часть шахтного поля относительно спокойна, с пологим залеганием пород от 8 до 15 0. Мощность угольного пласта к8 на поле шахты колеблется в пределах от 0,68 до 0,96 м, со средним значением 0,83. Уголь марки «Ж» со средним выходом летучих веществ 36.5 %, низкой зольностью 9,5 % и серой - 5,3 %. Максимальное значение природной газоносности достигает 17 м3/т с.б.м. В юго-западной части поля расположены участки с низкой газоносностью 5,6 м3/т с.б.м. Среднее значение - газоносности по шахтному полю составляет 11,95 м3/т. с.б.м. [9].
Более интенсивная тектоническая нарушенность центральной и восточная частей Донецко-Макеевского района приводит к значительному увеличению газоносности (табл. 3,4). Здесь расположена большая часть поперечных флексур и осложняющих их надвигов.
К примеру, высокая природная газоносность углей (20 м3/т.с.б.м и выше) поля шахты им. А. Ф. Засядько связана с его положением в висячем крыле регионального Французского надвига, между двумя флексурными складками - Ветковской и Чайкинской. Максимальные дебиты скважин отмечены в сводовой части флексуры и на западном крыле шахтного поля, осложненном Ветковским надвигом [10]. На поле шахты «Чайкино» большая часть суфляров и выбросов приурочена к зоне влияния Чайкинского купола, Чайкинской флексуры и осложняющего её Безымянного надвига.
Таблица 3 - Газоносность шахтных полей центральной части Донецко-Макеевского района
Тектоническая
Название шахты нарушенность шахтного поля Газоносность, м3/т.с.д.
«Куйбышевская» 9,75 18
Им. А.Ф. Засядько 6,03 17,5
Им. Орджоникидзе 2,62 20
«Чайкино» 9,81 18
Им. Батова 16,15 25
Среднее значение 8,87 19,7
Таблица 4 - Газоносность шахтных полей северо-восточной части Донецко-Макеевского района
Название шахты Тектоническая нарушенность шахтного поля Газоносность, м3/т.с.д.
«Октябрьская» 11,83 15
Калиновская-Восточная 11,70 25
«Пролетарская-Глубокая» 14,38 20
«Ясиновская-Глубокая» 6,23 25
Среднее значение 11,04 21,25
Заключение. При анализе газопроявлений по скважинам шахтных полей нами установлено, что повышенной газообильностью характеризуются не только крупные флексуры, но и большинство сравнительно мелких флексурных складок и разрывов. Ранее аналогичные выводы были сделаны для всех угольных пластов Донецко-Макеевского района по тектонофизическим замерам в угленосной толще [4]. Все эти тектонические нарушения могут быть потенциальными структурными ловушками для локальных скоплений газа. Существенную роль при этом играют как мощность зоны дробления, характеризующаяся повышенными ёмкостными свойствами пород, так и экранирующая роль сместителей, обеспечивающих отсутствие утечек газа [3].
Оценивая в целом региональную газовую зональность До-нецко-Макеевского района, можно привлечь результаты региональных геофизических исследований в Донбассе методом глубинного сейсмического зондирования [11]. Под Мушкетовским надвигом был выявлен крупный разлом кристаллического фундамента, который отчетливо фиксируется и в строении угленосной толщи. Он трассируется зоной мелкой складчатости, ширина которой в каменноугольной толще составляет 15-20 км. Северная граница этой зоны совпадает с полосой развития купольных структур, а южная - с полосой развития сдвиговых дислокаций. Высказано предположение, что в современной геологической структуре Донецко-Макеевского района наблюдается различный уровень эрозионного среза глубинного сдвига [12]. В его южной части, где на дневную поверхность выходят более глубокие горизонты каменноугольной толщи (свиты С22 - С24), преобладают сдвиговые дислокации. В северной части, где залегают породы свит С26-С27 среднего карбона и свита С31 верхнего карбона -преобладают различного рода пликативные структуры.
Таким образом, положение большей части региональных и локальных структурно-тектонических ловушек свободного газа, было результатом субгоризонтального перемещения угленосной толщи над зоной глубинного разлома.
Исследования проводились в ФГБНУ «РАНИМИ» в рамках государственного задания (№ госрегистрации 1023020700022-32.7.5)
ЛИТЕРАТУРА
1. Анциферов, А. В. Газоносность угольных месторождений Донбасса / А. В. Анциферов, М. Г. Тиркель, М. Т. Хохлов, В. А. Привалов, А. А. Голубев, А. А. Майборода, В. А. Анциферов. - Киев: «Наукова думка», 2004. - 231 с.
2. Анциферов, А. В. Газоносность и ресурсы метана угольных бассейнов Украины / А. В. Анциферов, А. А. Голубев, В. А. Канин и др. - Донецк: «Вебер», 2009. - Т. 1. - 456 с.
3. Корчемагин, В. А. Структурно-тектонофизические исследования для прогноза газоносности и горно-геологических
условий на полях шахт Донецко-Макеевского района /
B. А. Корчемагин, В. И. Алёхин, И. О. Павлов // Геотехническая механика. - Днепропетровск: ИГТМ, 2010. - Вып. 87. -
C. 209-217.
4. Корчемагин, В. А. Поля напряжений, деформаций и вы-бросоопасность углей и пород Донецко-Макеевского района Донбасса / В. А. Корчемагин, И. О. Павлов. - Сб. науч. трудов УкрНИМИ, 2009. - № 5. - Ч. 2. - С. 189-195.
5. Корчемагин, В. А. Структурно-тектонофизическая позиция скоплений метана в угленосных отложениях Донецко-Макеевского района / В. А. Корчемагин, И. О. Павлов, А. В. Никитенко // Науковi пращ ДонНТУ: Серiя «Прничо-геолопчна». - Донецьк, 2011. - Вип.13 (178). - С. 25-30.
6. Новикова, В. Н. Характеристика и анализ распределения угольно-газовых залежей Донбасса / В. Н. Новикова // Труды международного научного симпозиума «Неделя Горняка-2014: сборник статей. - Москва: Издательство «Горная книга», 2014. -С. 309-316.
7. Методические указания по оценке влияния разрывных нарушений на полноту выемки угля на шахтах Кузнецкого и Карагандинского бассейнов. - ВНИМИ, Ленинград, 1972. - 45 с.
8. Брижанёв, А. М. Каталог метаноносности и выбросо-опасности основных угольных пластов Донецкого и Львовско-Волынского угольных бассейнов в границах действующих шахт / А. М. Брижанёв, Б. С. Панов. - Донецк: ЦБТИ Минуглепрома СССР, 1990. - 117 с.
9. Волкова, Т. П. Закономерности распределения природной газоносности на поле шахты «Октябрьский рудник» / Т. П. Волкова, Е. А. Антропова // Материалы VII научно-практической конференция Донбасс-2020: глазами молодых ученых. - Донецк, 2014. - С.70-74.
10. Корчемагин, В. А. Поле деформаций и газоносность шахты «им. А. Ф. Засядько» / В. А. Корчемагин, И. О. Павлов, И. С. Брилева // Проблеми прського тиску: зб. наук. пр. - Донецьк, 2011. - № 19. - С. 89-95.
11. Гаркаленко, И. А. О некоторых вопросах структуры и перспективах нефтегазоносности южного борта Донецкого прогиба на основе материалов ГСЗ / И. А. Гаркаленко,
М. А. Бородулин, А. К. Михалев // Геологический журнал. - Киев, 1972. - № 4. - С. 12-20.
12. Корчемагин, В. А. Глубинные структуры южной части Донбасса и их роль в размещении скоплений углеводородов /
B. А. Корчемагин, И. О. Павлов, А. В. Никитенко. - Геотехническая механика: 1ГТМ НАНУ, Днепропетровск, 2012. - № 102. -
C. 81- 88.
Волкова Татьяна Петровна, доктор геолого-минералогических наук, заведующий геологическим отделом, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
Репина Ксения Владимировна, младший научный сотрудник геологического отдела, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
Петрова Алена Александровна, геолог II категории геологического отдела, ФГБНУ «РАНИМИ», Россия, ДНР, Донецк, [email protected].
THE INFLUENCE OF THE STRUCTURAL-TECTONIC FACTOR ON THE GAS CONTENT OF THE DONBASS COAL SEAMS
The article presents the results of the analysis of gas occurrences in wells, in connection with the structural and tectonic position of the mine fields in the Do-netsk-Makeyevsky district. Significant differences in the disjunctive disturbance and gas content of the mine fields of the western, central and eastern parts of the district have been established. The increase in gas content from the west to the east of the district has a regional component - a increase in the degree of coal metamorphism. The local component of the gas content is determined by the structural and tectonic structure of the mine field.
Key words: thrusts, dome, presence of gas, coal-bearing area, mine field.
Volkova Tatyana Petrovna, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Chief of Geology Department, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, [email protected].
Repina Ksenia Vladimirovna, Acting Junior Staff Scientist of the Geological Department, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, [email protected].
Petrova Alena Alexandrovna, Geologist of II categories of the Geological Department, RANIMI, Russia, DPR, Donetsk, [email protected].
