Складчатые и разрывные нарушения, трещиноватость и последовательность их образования Кузнецкого угольного бассейна

Складчатые нарушения. В Кузнецком бассейне имеется большое разнообразие форм складок. Наиболее отчетливо они выражены в Присалаирской и Приколывань-Томской зонах в угленосных отложениях балахонской серии. Здесь возникли комплексы линейных напряженных складок, которые в целом представляют собой преимущественно сложные брахисинклинальные структуры, подобно Про-копьевско-Киселевской, Бачатской, Топкинской и Кемеровской. Внутри каждого комплекса можно наблюдать различные по форме складки, но чаще острые, пикообразные, с падением крыльев 60—70° до вертикального и даже местами опрокинутые. В плане они представляют собой узкие вытянутые брахискладки второго и более высокого порядков подобно Промежуточной, Тайбинской и Голубевской антиклиналям, Нулевой, I и III синклиналям в Прокопьевско-Киселевском районе. Впрочем, изредка в том же районе встречаются сравнительно пологие складки с довольно широким замком, подобно II Тырганской антиклинали (Абинские участки) и V синклинали. На крыльях основных складок широко развиты дополнительные, часто сложные складки. Форма складок, как правило, не является постоянной, она в большей или меньшей степени меняется по простиранию, приспосабливаясь к различным условиям деформации горных пород.

В подзоне линейных пологих складок Присалаирской полосы вдоль выделенных чешуй в угленосных отложениях кольчугинской серии цепочкой располагаются преимущественно одиночные брахисинклинали с очень пологими широкими ненарушенными придонными частями и в отдельных случаях довольно крутыми нарушенными крыльями с падением до 60°. Дополнительные складки развиты сравнительно мало. Примерами подобной складчатости являются Чертинская, Беловская и Ленинская брахисинклинали.

В северной части Приколывань-Томской зоны пологие складки, наоборот, сильно разбиты тектоническими разрывами, что в значительной степени осложняет их (Анжерская синклиналь). В зоне пологих складок и купольных брахискладок центральной части бассейна среди угленосных отложений кольчугинской серии широко развиты пологие складки с крайне изменчивым простиранием крыльев. Вследствие этого форма складок как в поперечном сечении, так и в плане меняется, что можно проследить на примере складок Ерунаковского и Терсинского районов. В зоне моноклиналей широко развиты пологие моноклинали, горсты и грабены, пологие купола и антиклинальные складки, вытянутые вдоль Кузнецкого Алатау и Горной Шории.

Многие исследователи бассейна отмечали, что складки в Присалаирской тектонической зоне асимметричны, с более пологими крыльями юго-западного падения. Такое строение складок, как справедливо указывалось, свидетельствует о том, что они возникли вследствие движения горных масс с юго-запада на северо-восток. Действительно, многие складки опрокинуты на северо-восток; падение их осевых поверхностей на юго-запад под углами 70—80°. Данный вопрос, однако, является более сложным, так как имеются и такие складки, которые приобретают обратную асимметрию, т. е. опрокидываются с северо-востока на юго-запад. Например, Малая антиклиналь и VII синклиналь в левобережной части Прокопьевского месторождения опрокинуты на северо-восток; смежная с ними Голубевская антиклиналь имеет симметричное строение, а примыкающая к последней Абинская антиклиналь и затем IV синклиналь опрокинуты на юго-запад. Нередко можно наблюдать, что одни и те же складки по простиранию меняют свое строение. Так, П.К. Куликов установил, что комплекс складок в правобережной части Прокопьевско-Киселевского района (I и II синклинали) на юге опрокинут на северо-восток, но по простиранию к северо-западу, на границе шахт им. Калинина и Зиминки 1—2, они приобретают симметричное строение. Таким образом, получается, что осевые поверхности как бы составляют винтовую поверхность.

В пределах всей северной части Прокопьевско-Киселевского района протягивается крупный продольный разрыв M—М, по которому в отличие от всех других нарушений вверх перемещалось восточное крыло. Все складки, прилегающие к разрыву M—M с запада, опрокинуты в сторону Салаира. Возникновение обратной асимметрии складок в отмеченных случаях объясняется либо местными активными боковыми давлениями в направлении с северо-востока на юго-запад, либо более интенсивным поднятием соседних с северо-востока целых тектонических блоков (северная часть района), либо неравномерным поднятием их отдельных частей (южная часть района).

Обратная асимметрия складок наблюдается во многих районах Присалаирской зоны и, в частности, в пределах таких крупных структур, как Беловская, Ленинская и Егозово-Красноярская брахисинклинали.

Основные складки часто осложняются дополнительными складками. Последние, как уже было отмечено, развиваются преимущественно на крыльях, обращенных в сторону тектонических движений. Так, в Прокопьевско-Киселевском районе наиболее широко развиты дополнительные складки на крыльях, падающих на юго-запад, например на северо-восточном крыле III синклинали и на юго-западном крыле Маганакской антиклинали. В Анжерском районе дополнительные складки развиты также главным образом на крыльях, падающих на запад. Среди дополнительных складок по условиям их образования можно выделить три группы.

Первая группа складок образовалась на крыльях основных складок в процессе общего складкообразования. Она является, пожалуй, самой распространенной. Среди них встречаются складки различных размеров, но чаще всего эти складки, захватывающие небольшую пачку пород, сравнительно быстро затухают. Для складок первой группы характерны более или менее простая форма, выдержанность по простиранию и примерное совпадение направления их осей с таковым основных структур. Эти складки нередко осложнены мелкими разрывами.

Вторая группа складок, возникшая в связи с деформацией пород тектоническими разрывами, тоже широко развита. Эти складки встречаются в висячем и в лежачем боках разрывов. Форма и размеры их разнообразны — от простых до самых сложных, от мелких до крупных, но обычно они более или менее выдержаны по простиранию и по падению. Важной особенностью их является параллельность разрывов (линий обрезов) пластов и осевых линий (осей) складок, что подчеркивает тесную связь разрыва и складок. Хорошим примером такой складчатости являются дополнительные антиклинальная и синклинальная складки по пласту Горелому на западном крыле III синклинали Прокопьевского месторождения у крупного продольного разрыва А—А шахты им. Калинина (рис. 15). На проекциях и разрезах этих складок и разрыва отчетливо видна параллельность осевых линий складок и разрыва (обреза) пласта. В бассейне эту закономерность используют для определения направления движения крыльев разрыва, когда на его поверхности отсутствует штриховка. Понятно, что это направление будет совпадать с перпендикулярной линией к осям складок и к линии обреза пласта разрывом. В нашем случае, если на рис. 15,б провести эту линию, то оказывается, что крылья разрыва А—А двигались в плоскости разрыва на северо-запад под углом 60° к горизонту. Поэтому разрывы такой формы правильнее называть взбросо-сдвигами.

Третья группа дополнительных складок обычно всегда связана с перегибами осей основных складок. Сложный изгиб пластов в двух взаимноперпендикулярных направлениях, вероятно, невозможен без образования дополнительных складок. Лучше всего это проявляется, например, в Анжерском районе на участке сопряжения Анжерской и Андреевской синклиналей. Здесь дополнительные складки составляют значительный угол с осевой линией основной синклинали Анжерского района. Отличительной особенностью складок третьей группы является невыдержанность их формы и ориентировки.

Различную ориентировку осей складок в пределах центральной части бассейна можно до известной степени рассматривать также как результат приспособления к сложному изгибу основной складки в двух взаимноперпендикулярных направлениях.

Процесс складкообразования сопровождается рядом явлений, которые в значительной степени осложняют внутреннее строение угольных пластов. К ним относятся послойные перемещения, пережимы и раздувы пластов, трещиноватость.

Моноклинали. В складчатых системах Кузнецкого бассейна, преимущественно на их внешних границах, наблюдаются крупные моноклинали, имеющие структурное значение. По генетическому типу они отличны от моноклиналей, прилегающих к Кузнецкому Алатау и имеющих субплатформенный характер. Моноклинали тесно связаны со складчатыми зонами, иногда ограничивая их или находясь в их пределах. Типичным примером такого типа структур можно считать крупный моноклинал, ограничивающий с юго-востока Приколывань-Томскую зону линейных складок. Как известно, в разрезе по р. Томи от д. Подъяковой до выходов пласта Кемеровского в пределах г. Кемерово наблюдается интенсивно складчатая полоса, в которой участвуют отложения одних и тех же горизонтов — балахонской серии. Начиная от г. Кемерово складчатая зона резко сменяется крупным моноклиналом, имеющим сначала крутое (до 60°) падение, затем постепенно выполаживающееся в юго-восточном направлении. Если в пределах складчатой зоны на протяжении 30 км в результате многочисленных повторений выступают одни и те же горизонты (породы мозжухинской и балахонской серий), то здесь на расстоянии 2—3 км мы имеем скачок стратиграфически вверх почти на 2 км. Этот моноклинал, названный Красноярским, определяет не только границу складчатой зоны, но и резко выраженную структурную ступень. Такого рода резкие ступени можно отметить и среди складчатых зон, например в девоне Зарубинского района.

Аналогичные пограничные моноклинали могут быть отмечены в Ленинском районе на границе между кольчугинской серией и мезозоем, по северной окраине Ерунаковского района и в других местах.

Послойные перемещения широко развиты, особенно на крыльях складок с падением в сторону фронта активного давления. В подзонах линейных напряженных складок почти по всем пластам угля в результате послойных движений возникли подкалочники — перетертые пачки угля мощностью до 0,5—0,8 м. Располагаются они обычно в почве или в средней части пласта, приурочиваясь к контактам различных по механическим свойствам пород. Часто они хорошо выдерживаются на больших расстояниях по падению и по простиранию пласта и поэтому используются иногда как маркирующие горизонты при поисках смещенного крыла пласта.

Послойные трещины обычно не выходят за пределы угольного пласта; они разбивают пласт на отдельные пачки, перемещающиеся относительно друг друга. Это явление особенно хорошо заметно, если имеется породный прослоек, который в данном случае служит маркирующим горизонтом. Иногда послойные трещины выходят из угольного пласта и пересекают боковые породы с образованием довольно сложной структуры пласта. Так, по пласту VI Внутреннему шахты 5—6 Прокопьевского района послойные перемещения происходили по ряду параллельных трещин, которые одновременно пересекали угольный пласт и породы кровли. В результате образовалась клиновидная поверхность кровли пласта. Мятый уголь зоны послойных перемещений оказался засоренным породой кровли, а уголь —затянутым в трещины породы с образованием угольных хвостов. Мощность пласта на этом участке резко меняется по падению от 1,8 до 4,3 м.

Послойные перемещения обычно приурочиваются к слоистости по системам трещиноватости, близким к ней, или по скорлуповатым трещинам, внутри которых выкраиваются линзы с хорошо обработанной полированной поверхностью. Все это приводит к весьма неоднородному строению пласта угля. В Анжерском, Кемеровском и Прокопьевско-Киселевском районах можно наблюдать различные стадии этого процесса.

Результатом послойных перемещений является также линзовидная чешуйчатая рассланцовка угля и пород вблизи продольных тектонических разрывов. Такая рассланцовка может поражать слои на значительном протяжении, создавая впечатление беспорядочной перепутанной трещиноватости. Поверхности этих трещин имеют S-образную форму. Они обычно хорошо отполированы, а иногда покрыты белым налетом. При малейшем обнажении, особенно в угле, вываливаются куски линзовидной формы, являясь часто причиной аварий в горных выработках. Уголь в таком состоянии получил название «слизун».

В Кузнецком бассейне особенно сильно пострадали от послойных перемещений пласты Десятый в Анжерском, III Внутренний в Прокопьевском и Лутугинский в Кемеровском районах. Последний пласт был настолько разбит послойными скорлуповатыми трещинами, что местами уголь этого пласта «вытекал» по нисходящим подготовительным выработкам.

Пережимы и раздувы. Перемещение материала внутри слоя приводит к образованию тектонических раздувов и пережимов. На участках пережимов уголь раздавливается, развальцовывается, местами превращается в порошкообразное состояние. Породные прослойки на таких участках испытывают явление будинажа, при этом концы разобщенных отрезков резко сглаживаются, вследствие чего горные выработки местами вскрывают цепочки породных линз. Боковые породы часто смыкаются без разрыва, но иногда можно наблюдать трещины, выполненные запрессованным углем (рис. 16). Выжатый на участках пережима уголь перемещается в соседний участок. Это явление сопровождается интенсивным образованием мелких складок. Если наряду с послойными движениями перемещение угля происходит также по одной или нескольким системам трещиноватости, то процесс образования раздува осложняется явлением разлинзования угля. В этом случае устойчивость угля на участках раздува резко снижается. Во многих случаях раздувы приурочиваются к осевым частям синклинальных и антиклинальных складок.

Следует отметить, что сочетание пережимов и раздувов не обязательно. В последнее время П.К. Куликов в Прокопьевско-Киселевском районе и А.А. Белицкий в Анжерском установили, что пережимы могут образоваться самостоятельно, являясь, вероятно, результатом «удлинения» пласта, которое, естественно, возникает при сжатии угленосной толщи. Это явление часто наблюдается у тектонических разрывов.

Нередко можно наблюдать, как складочки на участках раздувов осложняются разрывами, и в целом получается сложная структура. В этом отношении особенно интересной является зарисовка Красногорской антиклинали по пласту Прокопьевскому II на шахте 5—6 Прокопьевско-Киселевского района (рис. 17). Здесь породный прослоек по пологим и крутым трещинам несколько раз повторяется и, кроме того, местами между трещинами он вместе с углем собирается в небольшие складочки. Если суммировать длину всех отрезков прослойка, зажатых между отдельными трещинами, и отнести их к длине зарисовки, то общая их длина за счет сдвоения и складочек увеличивается более чем в 2 раза. При этом породы почвы оказались неразорванными.

Понятно, что вследствие описанных явлений местами наблюдаются значительные колебания мощностей пластов. Эти колебания иногда захватывают сравнительно небольшие площади пласта, в которых отмечается резкая смена участка пережима участком раздува пласта. Ho нередко значительные колебания мощности распространяются на большую площадь пласта. Подобные явления можно наблюдать, например, по пластам Десятому, Петровскому, а также Алчедатским вблизи Томского надвига в Анжерском и III Внутреннему и Горелому в Прокопьевско-Киселевском районах, где мощность на отдельных участках меняется от 30% Д° 300% от нормальной. Широкое развитие следов послойных движений и раздавливание угля не вызывает сомнения в тектонической природе изменения мощностей указанных пластов.

Детальные карты изомощностей по отдельным пластам Прокопьевско-Киселевского, Анжерского и Кемеровского районов показали, что пережимы и раздувы пластов угля особенно часто наблюдаются вдоль обрезов крупных продольных разрывов типа согласных взбросов, а также на участках развития дополнительных складок. При господствующей продольной ориентировке пережимов и раздувов часто отмечается диагональная и даже поперечная их ориентировка с причудливой конфигурацией, отражающей сложную деформацию пласта в условиях объемного напряженного состояния.

Трещиноватость. Впервые трещиноватость углей Кузнецкого бассейна изучалась в 1937 г. Г.А. Ивановым. В 1938 г. И.А. Молчанов и А.А. Белицкий исследовали трещиноватость углей Прокопьевско-Киселевского района в связи с выяснением причин аварийных обрушений очистных выработок. В 1945—1948 гг., наблюдая тектонику Прокопьевско-Киселевского района, А.А. Белицкий продолжал изучать трещиноватость углей и боковых пород и составил карту трещиноватости для этого района. Затем под руководством А.А. Белицкого в 1956—1960 гг. детально изучалась трещиноватость углей и боковых пород в Анжерском и Кемеровском районах. Одновременно Н.В. Мельников изучал трещиноватость пород Кузбасса в связи с их коллекторскими свойствами.

Угленосные отложения бассейна рассечены густой и иногда сложной сеткой трещиноватости. В отличие от тектонических разрывов по трещиноватости не наблюдается значительных перемещений — амплитуда смещения не выходит за пределы миллиметров или первых сантиметров.

В бассейне отчетливо выделяются две генетические группы трещиноватости. Первая из них возникает до складчатости в результате растягивающих напряжений, которые создаются в процессе уплотнения массива и колебательных движений земной коры. К этой группе обычно относят нормальносекущие системы трещиноватости, которые располагаются перпендикулярно к слоистости. Подобно тому, как это установлено Н.С. Шатским, Е.П. Пермяковым и другими для платформенных областей, здесь также возникали четыре системы нормальносекущих трещин; две системы из них, вероятно, являются трещинами отрыва, а две другие — трещинами скалывания. Являясь вертикальными трещинами при горизонтальном залегании слоев, первые две системы располагались перпендикулярно, а другие две — диагонально к направлению растягивающих усилий. В процессе складчатости эти системы по мере изгибания пластов меняли ориентировку, оставаясь при этом в закономерной связи с напластованием. Пользуясь этой зависимостью, в некоторых районах бассейна можно, изучая нормальносекущую трещиноватость, намечать положение складок и, наоборот, зная ориентировку складки, заранее предопределять ориентировку нормальносекущей трещиноватости.

Другая группа трещиноватости образуется в результате скалывающих напряжений, возникающих при сжатии угленосной толщи. Закладываясь в виде поверхностей скольжения еще в процессе пластической деформации во время складкообразования, эти плоскости скалывания в конечном счете перерастают в трещиноватость, которая в отличие от нормальносекущей окончательно оформляется уже в завершающие фазы складкообразования. Указанная трещиноватость поэтому пересекает напластование под различными углами, в связи с чем ее можно назвать кососекущей. Обычно в сложнодислоцированных районах бассейна отмечается большое разнообразие в ориентировке кососекущей трещиноватости.

В проявлении трещиноватости в горных породах Кузбасса наметились довольно отчетливые закономерности. Во всех тектонических зонах хорошо выражена, независимо от литологического состава пород и условий их залегания, нормальносекущая трещиноватость.

Обычно поверхности этих трещин более или менее правильные, матовые и слегка бугристые. Только на участках интенсивных тектонических движений на них можно наблюдать зеркала скольжений и штриховку, но это уже вторичные явления. Частота этих трещин от десяти на 1 пог. м в песчаниках до нескольких десятков в углях. При горизонтальном залегании пород полюса трещин располагаются по окружности стереографических диаграмм.

Такой характер расположения изолиний нормальносекущих трещин на стереографических диаграммах в породах с горизонтальным залеганием вполне понятен, если учесть, что все трещины здесь имеют крутое падение. С увеличением угла падения пластов меняется и характер расположения максимумов полюсов трещин на стереографических диаграммах. Уже указывалось, что, оставаясь перпендикулярными к слоистости, нормальносекущие системы трещин меняют ориентировку строго в соответствии с изменением элементов залегания пластов, при этом геометрическая особенность стереографических диаграмм такова, что все полюсы нормальносекущих трещин обязательно располагаются вблизи дуги, которая характеризует элементы залегания пластов. На рис. 18 видно, что с изменением угла падения пластов соответственно меняется и расположение максимумов полюсов нормальносекущих трещин.

В пределах антиклинальной складки на противоположных крыльях характер расположения изолиний полюсов нормальносекущих трещин и максимумов их концентрации будет находиться в полном соответствии с падением крыльев складки.

Кососекущая трещиноватость развита главным образом в тектонических зонах, непосредственно примыкающих к Салаиру и Колывань-Томской складчатой дуге. Она хорошо изучена в Прокопьевско-Киселевском и Анжерском районах. В отличие от нормальносекущих поверхности кососекущих трещин обычно несут следы интенсивных движений — зеркала скольжения и штриховку. Таким образом, косым пересечением слоистости и наличием зеркал скольжения и штриховки на поверхности кососекущих трещин последние можно легко отличить от нормальносекущих.

Кососекущая трещиноватость проявляется главным образом в пластах угля и в породах непосредственной кровли и почвы. По мере удаления от пласта угля обычно кососекущая трещиноватость становится все менее и менее выраженной. Это объясняется тем, что в осадочной толще пласт угля является наиболее слабым местом, по которому в первую очередь происходят послойные движения при складкообразовании. Обладая при этом резко отличными физико-механическими свойствами по сравнению с окружающими породами, уголь, а также породы непосредственной кровли и почвы в процессе складкообразования подвергаются наиболее интенсивной деформации с образованием большого количества систем кососекущей трещиноватости. В относительно однородных породах, даже расположенных непосредственно в боках крупных разрывов, например в Каменской и Мозжухинской антиклиналях, в висячем боку Томского надвига, кососекущая трещиноватость выражена сравнительно слабо.

Наиболее наглядно проявление кососекущей трещиноватости можно показать на примере Анжерского района, где она детально изучалась в последние годы по всем пластам во всех шахтах, при этом особое внимание уделялось проявлению трещиноватости с тектоническими разрывами.

Двойная диаграмма усредненных значений максимумов концентраций полюсов систем трещиноватости по шахте 5—7 Анжерского района по 102 станциям наблюдений (всего замерено 971 трещина) показана на рис. 18. Из диаграммы видно, что здесь имеется 12 систем трещин. Из них четыре системы — поперечные А—А', продольные Б и диагональные BI и ВII — являются нормальносекущими, все остальные — кососекущими. Из них I — продольные согласнопадающие, 2 и 3 — диагональные согласнопадающие, 4 и 5 — поперечные, 6—6' — продольные крутопадающие, 7—7' и 8—8' — диагональные крутопадающие. Все они возникли при неизменном направлении тектонических движений в обстановке объемного напряженного состояния, при этом вертикальные системы образовались, вероятно, позже других.

Указанные системы трещин проявляются в пределах шахтного поля неодинаково. Лучше всего выражены нормальносекущие системы трещин (А, Б, BI, ВII) и кососекущие согласнопадающие (1, 2, 3). Остальные системы встречаются реже.

В других сложнодислоцированных районах Кузбасса, Прокопьевско-Киселевском и Кемеровском, наблюдается примерно аналогичная картина — также встречаются четыре системы нормальносекущих трещин и 6—8 систем кососекущих. В Прокопьевско-Киселевском районе они выражены лучше, в Кемеровском — хуже. Следует отметить, что примерно такое же количество систем кососекущей трещиноватости недавно было установлено в Карагандинском бассейне А.А. Трифоновым.

Обобщение всех имеющихся наблюдений по трещиноватости пород угленосных отложений Кузнецкого бассейна позволило Н.В. Мельникову сделать вывод, что в Присалаирской и Приколывань-Томской зонах преобладают трещины, возникшие в условиях сжатия, а в зоне моноклиналов — трещины, возникшие главным образом в условиях растяжения. В центральной зоне одинаково часто встречаются как те, так и другие.

Частота трещин в угленосных отложениях, как это видно на рис. 19, закономерно возрастает от зоны моноклиналов к Салаиру и Колывань-Томской складчатой дуге.

Изучение трещиноватости углей и вмещающих пород имеет большое практическое значение. Данные о трещиноватости позволяют прогнозировать характер и степень разрывной нарушенности, определять устойчивость углей и боковых пород при эксплуатации, выбирать наиболее оптимальное по производительности направление ведения очистных работ, а также делать прогнозы газоносности шахтных полей. Трещинные коллекторы являются носителями газа и воды. К ним приурочиваются также нефтепроявления.

Имея в виду большое практическое значение трещиноватости в горном деле и правильную интерпретацию ее для понимания тектоники шахтного поля, нужно обязательно учитывать относительную степень выраженности трещиноватости. Кроме природных условий образования, она зависит от тех внешних воздействий на горный массив, при которых трещиноватость легко может раскрыться, — скорости подвигания очистного забоя, площади обнажения, угла встречи трещиноватости с обнаженными поверхностями выработок и т. д. Особенно большое значение имеет последний фактор, который при большом колебании элементов залегания трещиноватости обусловливает наибольшую выраженность определенных систем, что следует учитывать при изучении трещиноватости, а также при использовании ее для практических целей в горном деле. Поэтому в каждом конкретном случае, зная ориентировку обнаженных поверхностей выработки, можно заранее определять те системы трещиноватости, которые будут в данных условиях лучше всех выражены.

Разрывные нарушения. Разрывная структура бассейна привлекала внимание многих исследователей. Наибольший вклад в ее изучение внесли М.А. Усов и И.А. Молчанов. Их работы в этом направлении не потеряли ценности и в настоящее время. Однако за последние 20 лет накопились новые материалы. Появилась необходимость пересмотреть некоторые прежние представления и наметить определенные закономерности в разрывной тектонике бассейна. На основе этих закономерностей уже в настоящее время возможны прогнозы нарушенности шахтных полей бассейна.

Среди тектонических разрывов Кузнецкого бассейна прежде всего необходимо выделить разрывы краевые или пограничные с окружающими бассейн горными сооружениями большой протяженности и амплитуды. Среди них выделяются две генетические группы разрывов: 1) надвиги на границе с Салаиром и Колывань-Томской складчатой дугой типа Тырганского и Томского, по которым породы окружающих горных сооружений надвинулись на бассейн; 2) крутые разломы на границе с Кузнецким Алатау радиального типа, по которым происходили перемещения отдельных блоков этого складчатого сооружения, местами сопровождавшиеся проявлениями вулканизма. Такого рода крупные разломы ограничивают Туганаковски грабен на востоке Кемеровского района и Заломненскую депрессию, имеются они на востоке Крапивинского купола и юго-восточнее по р. Нижняя Терсь. Аналогичные разломы наблюдаются и в пределах собственно Кузнецкого Алатау среди древних пород, где верхнепалеозойские отложения денудированы. Поскольку эти нарушения детально не изучены, в дальнейшем они не рассматриваются.

Среди краевых тектонических разрывов лучше всего изучен Томский надвиг, по которому девонские отложения Колывань-Томской складчатой дуги надвинуты на угленосные отложения балахонской серии. Этот надвиг хорошо прослежен по простиранию на протяжении около 80 км от Анжерского района на севере до р. Томи на юге, откуда ой уходит, по-видимому, дальше на юго-запад.

Отличительной особенностью этого надвига на данном участке является волнистый характер, обусловленный складчатостью после его формирования. Угол падения надвига также меняется в зависимости от угла падения пересекаемых им пластов: на севере Анжерского района в соответствии с крутым залеганием восточного, крыла Анжерской синклинали он имеет крутое падение до 60—70°, вблизи замковой части этой синклинали он выполаживается до 15—30°, образуя в плане изгиб в сторону синклинали, хорошо прослеженной разведочными работами. Далее он огибает северо-западную оконечность Невской антиклинали и южнее, в пределах Низовских угленосных участков Кемеровского района, в соответствии с пологим залеганием пересекаемых пластов, по данным разведочных скважин, надвиг падает под углом 25—30°. В береговом разрезе р. Томи он имеет сложное строение: по данным С.В. Кумпана и В.А. Орестова, в вскрывшей его канаве непосредственно на острогскую свиту надвинут мозжухинский известняк и подстилающие его зеленые песчаники, сильно перемятые и рассланцованные; на них надвинуты кварцитовидные песчаники, а на последние — красноцветная подонинская свита.

По различным разведочным линиям многие скважины, пройдя девонские породы, пересекли Томский надвиг и вскрыли угленосные отложения нижнебалахонской свиты. По этим скважинам установлено, что мощность зоны дробления надвига колеблется на восточном крыле Анжерской синклинали в пределах 50—100 м, а в замке этой синклинали достигает 200 м; при этом мощность зоны в девонских породах несколько меньше, чем в угленосной толще. В девонских породах зона дробления начинается сильно трещиноватыми известняками, залеченными кальцитом. По мере приближения к поверхности разрыва выход керна уменьшается. На контакте девонских пород с угленосными отложениями часто совсем не удается поднять керн, а в уцелевших кусочках углистого аргиллита можно наблюдать втертые линзочки известняка. Иногда на контакте удавалось получить керн. В этом случае он представлял собой сильно мятые, раздробленные и перемешанные кусочки девонских и угленосных пород, затем сцементированные. Co временем такой керн обычно рассыпается.

Юго-западнее р. Томи надвиг переходит в девонские отложения и изучен очень слабо. Ho все же западнее р. Томи он может сопоставляться. с крупными нарушениями, огибающими Абышевский купол и прослеживающимися далее по северной окраине Инского залива (д. Сухострелова).

В Кузнецком бассейне следует прежде всего выделить крупные продольные разрывы, генетически близкие к описанным выше пограничным разломам. Они также могут быть разделены на две группы. К первой группе относятся разрывы типа надвигов, образовавшиеся до складчатости или на начальных ее стадиях, а затем вместе со всей толщей претерпевшие складчатость. Они часто значительны по протяженности и амплитуде. Типичным примером таких нарушений является надвиг K—K в Прокопьевско-Киселевском и Соколухинско-Редаковский в Араличевском районах.

Продольные разрывы второй группы широко развиты в Присалаирской полосе угленосных отложений, например в Прокопьевско-Киселевском районе нарушения В—В, А—A, M—M, E—E, Афонино-Киселевский, G—G, I—I, Киселевский; в Ленинском районе — Журинский, Виноградовский и др. Они развиты также в пределах Приколывань-Томской зоны линейной складчатости, например в Кемеровском районе — Боровушинский, Главный взбросы, Терентьевский надвиг и др. Эти разрывы характеризуются относительной прямолинейностью, большими протяженностью и амплитудой. За редким исключением (разрыв M—М) все они падают в сторону фронта активного давления под углами 50—75°, образуя чешуйчатое строение отдельных крыльев или комплексов складок. Указанные крупные продольные разрывы определяют основной мотив разрывной структуры бассейна.

Крупные продольные разрывы в пределах угленосных отложений Кузнецкого бассейна хорошо изучены в Присалаирской и Приколывань-Томской тектонических зонах. Форма их проявления зависит от отношения к слоистости. Выделяются согласнопадающие и несогласнопадающие разрывы. Первые обычно составляют со слоистостью острый угол, а местами даже используют слоистость как направление наименьшего сопротивления. Поэтому согласнопадающие разрывы даже с большой амплитудой смещения не сопровождаются значительной зоной дробления пород. Так, например, согласный взброс E—E с вертикальной амплитудой смещения до 1500 м хорошо изучен в подземных выработках шахты 5—6 Прокопьевского района. Здесь разрыв имеет сравнительно небольшую зону дробленых пород — около 20 м. Юго-восточнее главного квершлага шахты штреки по пласту Горелому на горизонтах 220 и 140 м дошли даже до обреза пласта разрывом E—E, причем вблизи него не было отмечено каких-либо значительных изменений в залегании пласта. Обрез пласта в обоих случаях был представлен хорошо отполированной и устойчивой плоскостью, на которой геологу шахты А.А. Жеребцову удалось обнаружить штриховку и замерить угол, образованный штриховкой с простиранием сместителя, равный 102° (замерялся с висячего бока против часовой стрелки).

Прослеживая разрыв E—E далее на юг, в пределах шахты 9 были получены весьма интересные данные о нем (квершлаг 8): породы в боках этого крупнейшего разрыва здесь оказались совершенно не нарушенными, а сама трещина была настолько слабо выражена, что во время проходки выработки ее не заметили. Трещину стали искать только тогда, когда установили, что после пласта Подспорного подсекли пласт III Внутренний, что соответствует стратиграфической амплитуде в 280 м. Установили, что трещина на этом участке совпала со слоистостью и представлена небольшой зоной перетертых пород мощностью 0,5 м.

Совершенно иначе выражены крупные разрывы типа несогласных взбросов. Здесь всегда угол между напластованием и поверхностью разрыва бывает значительный — до 90°, что увеличивало трение, а следовательно, приводило к большой деформации пород в боках разрыва. Так, мощность дробленых пород, изученных в квершлагах шахты Коксовая 1, по разрыву G—G достигала 40—50 м, а по разрыву I—I даже свыше 100 м. He известно ни одного случая отработки пласта до его обреза разрывом типа несогласного взброса. Обычно пласт у этих разрывов разбивается на отдельные клочки, которые невозможно отработать.

По данным геотермических исследований (см. главу десятую), устанавливается, что ряд крупных разломов с зонами интенсивной трещиноватости характеризуются несколько повышенной температурой, что может свидетельствовать о распространении этих разломов на большую глубину и подъеме по ним подогретых вод и газов. Очевидно, по таким зонам разломов происходили неоднократные подвижки, вследствие чего они даже в настоящее время характеризуются более открытой трещиноватостью.

Следует отметить, что крупные продольные разрывы хорошо устанавливаются бурением на первых же стадиях разведки. Труднее установить относительно мелкие разрывы (от 10—20 см до первых десятков метров), густая сеть которых создает часто исключительно тяжелые условия разработки угольных пластов. Поэтому огромный практический интерес представляет выявление закономерностей проявления таких разрывов.

Кроме крупных продольных разрывов, в Кузнецком бассейне, особенно в тектонических зонах, непосредственно примыкающих к Caлаиру и Колывань-Томской складчатой дуге, широко развиты мелкие разрывы различных форм, которые по условиям образования можно подразделить на три группы.

К первой группе относятся мелкие разрывы, возникшие в зоне влияния крупных продольных разрывов в результате разрядки напряжений по трещиноватости пород как по направлению наименьшего сопротивления. Например, в Прокопьевско-Киселевском и Анжерском районах встречается густая сеть таких разрывов. Поскольку трещиноватость пород имеет различную ориентировку, то мелкие разрывы, приспосабливающиеся к трещиноватости, тоже имеют различную ориентировку.

Ко второй группе относятся мелкие разрывы, возникшие на различных стадиях образования складок. Они возникают на участках с флексурообразным изгибом пластов, подобно изгибу восточного крыла Абинской антиклинали между главными квершлагами шахт Коксовая 1 и 3—Збис в Прокопьевско-Киселевском районе, где простирание пород составляет значительный угол с господствующим простиранием крыла складки. При этом возникает сложное напряженное состояние, в результате которого образуются мелкие разрывы тоже преимущественно по трещиноватости, как по направлению наименьшего сопротивления. К этой группе относятся нарушения, наблюдаемые в основном в синклиналях, изогнутые, как и слои пород, синклиналеобразно, но с более пологими падениями на крыльях, чем пород. Такого типа нарушения первоначально были описаны С.С. Румянцевым, а затем В.И. Скоком, предложившим назвать их пликатогенными. Эти нарушения образовались в процессе складчатости и особенно на завершающем ее этапе, когда были в значительной мере исчерпаны пластические возможности деформируемых пород.

К третьей группе относятся разрывы, возникшие в результате внутри- и межпослойных движений, чаще всего типа согласных взбросов, составляющих острый угол со слоистостью. Обычно эти разрывы не выходят за пределы одного пласта, но, вероятно, некоторые согласные взбросы, пересекающие серию пластов, образуются таким же путем.

В остальных тектонических зонах и подзонах бассейна разрывы встречаются сравнительно редко и, как правило, имеют небольшие размеры.

Среди крупных тектонических разрывов до настоящего времени еще не обнаружены диагональные или поперечные разрывы. Детальная разведка шахтных полей и большое количество подземных горных выработок не зафиксировали также смещение крупных продольных разрывов мелкими диагональными и поперечными разрывами. Эти, а также и другие факты, например анализ штриховки на поверхностях сместителей, свидетельствуют о большой устойчивости господствующего направления тектонических движений. Другие направления, вероятно, не имели существенного значения для формирования разрывной структуры в каждой из выделенных тектонических зон. Такой вывод имеет важное значение для восстановления истории формирования тектонической структуры бассейна.

Изучая проявление мелких разрывов на шахтах бассейна, особенно в Прокопьевско-Киселевском, Анжерском, Кемеровском, Ленинском и Беловском районах, легко заметить, что мелкие разрывы пространственно всегда связаны с крупными продольными разрывами. Повсюду можно наблюдать, что с исчезновением крупных разрывов мелкие разрывы либо совсем исчезают, либо их количество резко уменьшается. Это хорошо видно по пласту Десятому шахты 5—7 в Анжерском районе, где в пределах отработанной части пласта мелкие разрывы встречались только на севере вдоль обрезов продольных разрывов. На юге продольных разрывов не оказалось, поэтому горные выработки не зафиксировали и мелких разрывов.

Отмеченная пространственная связь крупных и мелких разрывов не является случайной. Эта связь станет понятна, если учесть, что перед образованием крупного разрыва в горных породах уже существовала трещиноватость. Как известно, вначале преобладает пластическая деформация угленосных отложений с образованием складок и плоскостей скольжения, которые где-то на границе пластической и хрупкой деформации постепенно преобразовываются в трещиноватость. Затем, когда пластические возможности деформирования в значительной степени исчерпываются, наступает период господствующей разрывной деформации, в течение которой образуется основная масса разрывов и в первую очередь продольные разрывы. В процессе развития этих разрывов в их боках одновременно образуется густая сеть мелких разрывов, которые возникают по трещиноватости, как по направлениям наименьшего сопротивления.

Уже отмечалось, что в сложнодислоцированных тектонических зонах бассейна наблюдается густая и сложная сетка трещиноватости. Поэтому понятно, что и мелкие разрывы здесь имеют соответственно самую различную ориентировку — продольную, диагональную и поперечную с падением в разные стороны. Так как все эти разрывы практически образуются при относительно неизменном направлении тектонических движений, то, следовательно, имеются все основания утверждать, что в боках крупных продольных разрывов возникают типичные блоковые движения. В связи с этим установленные в свое время в Прокопьевском районе П.Ф. Красниковым узлы пересечения разновозрастных разрывов, на что неоднократно ссылался М.А. Усов, далеко не повсеместно развиты.

Естественно, что в таких условиях мелкие разрывы по форме должны отличаться также большим разнообразием. В последнее время классификация форм разрывов М.А. Усова уточнялась рядом исследователей — И.А. Молчановым, А.С. Забродиным и А.А. Белицким. Согласно классификации последнего, в бассейне наиболее развиты пологие (угол падения сместителя до 45°) и крутые (угол падения сместителя более 45°), согласные и несогласные взбросы, отдвиги, надвиги, согласные и несогласные подбросы.

Из перечисленных форм разрывов до сих пор остается неясным механизм образования надвигов. В отличие от согласного взброса в надвиге сместитель падает положе пластов, при этом висячее крыло как бы опускается вниз. Эта форма встречается на крыльях, обращенных в противоположную сторону по сравнению с направлением тектонических движений, например в Кемеровском и Араличевском районах; известна она также в Томь-Усинском районе.

Отмеченные закономерности можно подметить, рассматривая структурные и пластовые карточки, вертикальные, разрезы, а также сопоставляя стереографические диаграммы полюсов трещиноватости и мелких разрывов, особенно по Прокопьевско-Киселевскому району. На рис. 20 показана сложная разрывная структура пластов западного крыла III синклинали в пределах шахты им. Калинина, обусловленная влиянием крупного продольного несогласного взброса А—А. Здесь, среди мелких разрывов широко развиты продольные разрывы, падающие на юго-запад и северо-восток, диагональные с падением на север, и юг, запад и восток, поперечные, падающие на северо-запад и юго-восток. На первый взгляд, рассматривая пластовую карточку, можно, подумать, что эти разрывы разновозрастные — пересекаются и смещают друг друга. Между тем достаточно сопоставить диаграммы полюсов мелких разрывов (рис. 20, г) и полюсов трещиноватости (рис. 20,0), как напрашивается единственно правильный вывод, что мелкие разрывы образовались в боках крупного продольного разрыва А—А, более или менее одновременно развиваясь по трещиноватости как по направлению наименьшего сопротивления.

Количество разрывов различного направления, как и трещиноватости, неодинаково. Поскольку продольные системы трещиноватости расположены более благоприятно по отношению к общему направлению движения горных масс, то к ним прежде всего и приспосабливались мелкие тектонические разрывы. Из двух направлений продольных систем разрывов наиболее ярко проявляется, конечно, та система, которая имеет согласное падение с напластованием. Диагональные системы трещиноватости расположены менее благоприятно к общему направлению движения горных масс, но все же разрывы по этим системам встречаются довольно часто. Из четырех систем диагональных разрывов по той же причине лучше всего проявляются те, которые падают согласно с напластованием. Наименее благоприятны условия для образования разрывов по поперечным системам трещиноватости, поэтому они встречаются сравнительно редко.

Следует также отметить, что поскольку мелкие разрывы различной ориентировки возникают практически при неизменном направлении тектонических движений, то направление движения по трещинам разрыва в значительной степени определяется геометрическим положением разрыва по отношению к направлению тектонических движений, формой выкроенных глыб и направлением наименьшего сопротивления, которое в сложных тектонических условиях может быть различно. Большое количество наблюдений за штриховкой на поверхностях разрывов показало, что в продольных разрывах угол между штриховкой разрывов близок к 90°. На этом основании такие разрывы можно называть взбросами, отдвигами, подбросами. В диагональных разрывах этот угол обычно колеблется в пределах 30—50 или 120—150°, поэтому таким разрывам правильнее придавать сложные наименования. В поперечных разрывах штриховка в подавляющем большинстве случаев близка к горизонтальной, следовательно, они чаще всего являются типичными сдвигами.

Выявленная пространственная связь мелких разрывов с крупными является важной закономерностью для разработки методики прогноза нарушенности шахтных полей бассейна. Намечается также закономерная связь интенсивности проявления нарушенности угольных пластов мелкими разрывами и формы взаимоотношений последних со структурными особенностями месторождения и крупными разрывами.

Зона влияния обычно шире у крупных несогласных взбросов по сравнению с разрывами типа согласных взбросов. Объясняется это тем, что, приспосабливаясь к напластованию как к направлению наименьшего сопротивления, согласнопадающие взбросы относительно легко пересекают пласты и поэтому сравнительно слабо деформируют прилегающие к разрыву горные породы, в то время как в случае несогласного разрыва разрядка тектонических усилий происходит в основном поперек слоистости, т. е. в условиях, когда поверхностями ослабления служат широко распространенные эндогенные трещины. Вблизи согласных взбросов крылья складок характеризуются относительной простотой, что было показано на примере крупного продольного разрыва E—E в Прокопьевско-Киселевском районе. В боках же несогласных взбросов обычно образуется более мощная и более сложная зона влияния этих разрывов, что очень осложняет разведку и эксплуатацию угольных пластов шахтных полей. Мелкие разрывы здесь встречаются часто, буквально через каждые 10—20 м и по простиранию и по падению. Среди них преимущественно развиты отдвиги и несогласные взбросы. Размеры зон влияния этих разрывов достигают 300—400 м вкрест простирания пород. Хорошим примером такой разрывной структуры является восточное крыло Голубевской антиклинали, нарушенное разрывом G—G на шахте Коксовая 1, и западное крыло III синклинали, нарушенное разрывом А—А на шахте им. Калинина (см. рис. 20) Прокопьевско-Киселевского района.

Мелкие разрывы типа отдвигов в боках крупных продольных несогласных взбросов широко распространены на месторождениях с крутым падением пластов (Прокопьевское и Киселевское). На месторождениях с пологим падением пластов (Анжеро-Судженское, Белов-ское, Ленинское) вместо отдвигов образуются подбросы, которые морфологически напоминают сбросы. Это объясняется различными геометрическими взаимоотношениями разрывов и напластования и в связи с этим различными условиями движения отдельных блоков пород в боках крупных тектонических разрывов.

Наибольшая нарушенность пластов обычно наблюдается в непосредственной близости от крупных тектонических разрывов, по мере же удаления от последних интенсивность нарушенности ослабевает. Всюду устанавливается также повышенная нарушенность пластов угля в поперечных антиклинальных перегибах складок.

Таким образом, намечается определенная связь между проявлением мелких разрывов и различного рода изгибами пластов в боках крупных разрывов, дополнительными складками, складками волочения, особенно поперечными изгибами пластов и т. д. Эту связь можно наблюдать везде в Присалаирской и Приколывань-Томской тектонических зонах, особенно в Прокопьевско-Киселевском и Кемеровском районах.

Вторая группа мелких разрывов, значительно менее распространенная, возникает в дополнительных складках вне связи с крупными тектоническими разрывами, особенно когда оси дополнительных складок составляют более или менее значительный угол с господствующим простиранием угленосной толщи данного района. В этом случае такие складки испытывают сложную деформацию и вследствие этого они разбиваются многочисленными мелкими тектоническими разрывами, ориентировка которых может быть тоже разнообразной. Такое происхождение мелких разрывов наблюдается в южной части восточного крыла Абинской антиклинали между главными квершлагами шахт Коксовая 1 и 3—Збис в пределах флексурообразного изгиба пластов верхней толщи. Таким же образом возникли, очевидно, многочисленные разрывы по пластам, вскрытым шахтой Томь-Усинской 1—2, где оси флексур располагаются диагонально к господствующему простиранию пластов.

Мелкие разрывы второй группы возникают также на различных этапах развития дополнительной складки в местах резких изгибов пластов, даже в тех случаях, когда оси таких складок параллельны господствующему простиранию угленосной толщи. Хорошим примером такого механизма образования мелких разрывов являются разрывы дополнительных складок в пределах поля шахты Северной Кемеровского района (см. Кемеровский район).

Наконец, мелкие разрывы третьей группы, часто не выходящие за пределы одного угольного пласта, возникают в связи с послойными движениями. Это явление довольно широко распространено в Кузнецком бассейне.

Таким образом, установив пространственное расположение крупных тектонических разрывов в пределах шахтного поля, зная их форму, а также развитие и характер дополнительных складок в боках этих разрывов или вне их, можно заранее намечать участки, где мелкие разрывы практически не будут встречаться и где они будут обнаружены. При этом можно ориентировочно определять размеры и характер (господствующие формы и густоту мелких разрывов) зон влияния крупных разрывов. Основой для такого прогноза, конечно, будут являться материалы детальной разведки шахтного поля, в процессе которой выявляются все наиболее крупные структурные элементы шахтных полей.

В действующих шахтах такой прогноз можно дать более точно. Например, на поле шахты 5—7 Анжерского района на рабочих горизонтах, как уже отмечалось, северная часть поля очень нарушена, а южная относительно спокойна. На глубоких горизонтах будет наоборот, так как обрезы пластов продольными разрывами примерно у главного квершлага шахты, изгибаясь, уходят на более глубокие горизонты. Поэтому можно предполагать, что начиная с горизонта — 500 м в южной части шахты будет сложная разрывная структура пластов Десятого и Андреевского.

Следовательно, анализируя пластовые и структурные карты, а также геологические разрезы, составленные по разведочным линиям, можно в каждом конкретном случае, пользуясь изложенными закономерностями, намечать участки различной степени нарушенности. На этой основе можно более обоснованно разрабатывать методику детальной и эксплуатационной разведки, а также более правильно оценивать результаты разведки.

Последовательность образования структурных элементов Кузнецкого бассейна можно представить себе следующим образом. В период формирования бассейна во время отложений верхнепалеозойских угленосных образований, по-видимому, имели место первые тектонические подвижки, повлекшие за собой местные размывы (пласт Характерный в Прокопьевско-Киселевском, Конгломератовый в Кемеровском, пласт I в Томь-Усинском районах). Видимо, в это время уже наметились основные складчатые структуры бассейна. К моменту максимального погружения фундамента угленосных отложений, в триасовое время, по окраинам бассейна, особенно в Приколывань-Томской зоне, вероятно, уже существовала довольно интенсивная складчатость с сопровождающими ее нарушениями; в это время в центральных частях бассейна углы падения палеозойских пород, насколько это можно судить по угловому несогласию с юрой, не превышали 10—20°.

Более поздние тектонические движения документируются наличием складчатости и некоторых разрывов среди юрских отложений, изгибом изовольных поверхностей палеозойских углей, складчатой деформацией палеозойских надвиговых поверхностей.

Юрские разрывы установлены в районе Доронинской впадины, на северо-западе Ленинского района и на Чексинском месторождении. Имеются указания о местных дислокациях меловых пород (Бунгуро-Чумышский район). О молодых подвижках в бассейне свидетельствуют также изменения отметок цоколей террас по р. Томи.

Таким образом, тектонические структуры Кузбасса имели длительную историю развития, продолжающуюся и до последнего времени. В качестве новейших подвижек можно указать дислокации, прошедшие после выгорания пластов угля в Кемеровском районе (см. рис. 51). В настоящее время территория Кузбасса относится к зоне сейсмичностью до 6 баллов.