Метаморфизм углей Кузнецкого угольного бассейна

Большое разнообразие углей Кузнецкого бассейна обусловлено не только различиями вещественного состава, но, пожалуй, еще в большей мере неодинаковой степенью их метаморфизма. Если изменения петрографического состава углей в пределах отдельных месторождений или районов наблюдаются лишь в вертикальном разрезе и с трудом улавливаются по площади, то изменения их метаморфизма достаточно четко прослеживаются во всех направлениях.

Закономерности изменения метаморфизма углей в Кузнецком бассейне являются достаточно сложными. Большинство исследователей ведущее место отводят региональному метаморфизму, т. е. метаморфизму, обусловленному различной глубиной погружения угленосных отложений и воздействием на них тепла земных недр и давления вышележащих толщ. Это находит свое выражение прежде всего в том, что в каждой конкретной точке вышележащие пласты всегда менее метаморфизованы по сравнению с нижележащими (правило Хильта). Вместе с тем вследствие разнообразных геотектонических условий формирования угленосных толщ (от субплатформенных до геосинклинальных) наблюдаются существенные изменения метаморфизма углей одновозрастных горизонтов и по площади бассейна. Кроме того, в сильно дислоцированных районах северо-западной и юго-восточной окраин бассейна в отложениях верхне- и нижнебалахонской свит отчетливо проявляется отощение углей одних и тех же пластов по падению, а некоторыми исследователями отмечаются признаки динамометаморфизма. Наконец, в юго-восточной части бассейна региональный метаморфизм осложняется контактовым метаморфизмом вблизи широко развитых здесь силлов и даек диабазов.

Наиболее широко используемыми показателями степени метаморфизма углей являются выход летучих веществ и отражательная способность витринита.

Изменение выхода летучих веществ в стратиграфическом разрезе, как это показано на рис. 32, происходит неравномерно. Наиболее быстрые изменения выхода летучих веществ с глубиной наблюдаются при значениях этого показателя от 18 до 32%, т. е. на стадиях метаморфизма жирных и коксовых углей. Длиннопламенные, газовые, а также тощие угли в соответствии с приведенными на рис. 32 ступенями глубинного метаморфизма занимают более крупные отрезки стратиграфического разреза, в связи с чем запасы их в бассейне значительно превышают запасы коксовых и жирных углей.

Взаимосвязь зон углефикации с тектонической структурой Кузнецкого бассейна впервые была показана В.В. Становым. Взаимосвязь метаморфизма углей со структурами меньших порядков и обоснование причинности этого явления было убедительно доказано И.И. Молчановым на примере Прокопьевско-Киселевского района. Им установлено, что в замках синклиналей угли всегда более мета-морфизованы, чем в замках антиклиналей.

В.И. Скок, рассматривавший характер глубинного метаморфизма ряда месторождений Кузнецкого бассейна с различной складчатостью и разрывной тектоникой, пришел к выводу, что отощение угля одних и тех же. пластов («рудничный метаморфизм») по мере возрастания глубины их залегания — явление общее для всех складчатых месторождений. Интенсивность отощения углей по падению пластов в несколько раз больше, чем по простиранию (в отдельных случаях до 20 раз). Как правило, поверхности метаморфизма (изоволи), повторяя формы складок, располагаются положе угольных пластов. При более крутом залегании угольных пластов угол встречи изоволей с пластами обычно больше, чем при пологом падении. Этим, собственно, и объясняется сравнительно быстрое отощение углей одних и тех же пластов с глубиной в районах с интенсивной складчатостью, например в Прокопьевско-Киселевском районе по сравнению с Томь-Усинским или Ленинским (рис. 33).

В крыльях разрывных нарушений в зависимости от времени образования последних наблюдается различный метаморфизм углей. В Прокопьевско-Киселевском районе угли пластов в висячих крыльях крупных взбросов и надвигов часто менее метаморфизованы, чем тех же пластов в лежачих крыльях. По-видимому, эти разрывы (как и складки) уже существовали в период метаморфизма углей. Однако не менее часто более отощенные угли встречаются во взброшенных крыльях, что наблюдается в Томь-Усинском, Кемеровском, Анжерском, юго-восточной части Прокопьевско-Киселевского и других районах. Такое взаимоотношение между метаморфизмом углей и разрывами, очевидно, свидетельствует об относительно молодом возрасте последних.

Новые данные по геотермии дают основание считать, что на метаморфизм углей бассейна несомненное влияние оказали различные палеогеотермические условия. Существует связь между современными геотермическими градиентами и градиентами метаморфизма углей, что может быть хорошо объяснено с точки зрения формирования структур и явлений магматической деятельности в геологической истории развития бассейна.

Явления контактового метаморфизма углей хорошо изучены только в Томь-Усинском, Мрасском и Терсинском районах. В угленосных отложениях балахонской серии присутствует два силла долеритов, известны, кроме того, дайки. Установлено, что верхний силл, мощность которого до 100—125 м, отощает угли в его кровле на расстояние не менее 250 м. Почти вертикально залегающая дайка мощностью около 25 м оказывает на угли метаморфизующее действие в обе стороны от нее до 800 м. С уменьшением мощности изверженных тел уменьшается также зона их воздействия на уголь.

На самом контакте с изверженными телами уголь превращен в антрацит. По мере удаления от контакта эти свойства изменяются так же, как и при региональном метаморфизме, но только в быстром темпе. (Метаморфизующее влияние на угли изверженных тел рассмотрено более детально при геологическом описании Томь-Усинского и Mpacского районов). В ряде районов отмечено проявление термального метаморфизма в зоне древних угольных пожаров.

Роль динамометаморфизма на угли Кузбасса изучена еще слабо. По данным А.Б. Травина, признаки динамометаморфизма, заключающиеся в изменении характера поляризации витренизированного угольного вещества, наблюдаются вблизи зон микросмятий, на основании чего можно полагать, что в сложно дислоцированных районах этот фактор имеет место. Однако, судя по общим геологическим данным, динамометаморфизм все же не имеет решающего значения в зональном изменении качества угля.

В отложениях балахонской серии степень метаморфизма углей изменяется от длиннопламенной до антрацитовой — от стадии I до VIII. Мало метаморфизованные угли сосредоточены в основном в Крапивинском, восточной части Кемеровского и юго-западной части Прокопьевско-Киселевского районов. Тощие и полуантрацитовые угли и частично антрациты широко развиты в Бунгуро-Чумышском, Араличевском, Титовском районах. В самое последнее время угли с выходом летучих веществ 8—13% вскрыты также в крайней присалаирской части бассейна — на Каменском месторождении Ленинского района.

Схема изменения метаморфизма углей наиболее хорошо изученных верхних горизонтов балахонской серии на площади бассейна приводится на рис. 34. Густота точек наблюдений, характеризующих отдельные шахтные поля, участки разведки и месторождения, отражает степень изученности и позволяет разграничить достоверные построения от прогнозных.

В пределах слабо изученной северо-восточной окраины и на обширной площади центральной части Кузбасса с глубоким залеганием балахонских углей выделение зон метаморфизма является в значительной мере условным, оно опирается на общий план изменения метаморфизма углей кольчугинской серии. В частности, наличие обширной площади с углями тощей и антрацитовой стадий метаморфизма к северо-востоку от г. Новокузнецка прогнозируется на том основании, что здесь вышележащие угли кольчугинской серии Байдаевского, Терсинского и центральной части Ерунаковского районов являются наиболее метаморфизованными, а геотермические градиенты и градиенты метаморфизма наиболее высокими. Уголь пласта III по пробе из скв. 3-Р Абашевской нефтеразведку с глубины 1625 м при зольности 6,4% имеет выход летучих веществ на горючую массу 7,9%, т. е. на 2—3% меньше, чем уголь этого же пласта Араличевского района.

Тощие угли занимают также довольно значительную площадь в крайней северо-западной части бассейна, где максимальный метаморфизм на основании данных по Ивановскому месторождению (ильинская свита) ожидается к северо-западу от г. Белово.

Угли кольчугинской серии имеют стадию метаморфизма от 03-I1 до IV;. Длиннопламенными углями практически сложен весь разрез продуктивных отложений Салтымаковского района; угли буроугольной стадии (03) имеются (по единичным данным) в юго-восточной части этого района. В Плотниковском, Ленинском и в северо-восточной части Ерунаковского района длиннопламенные угли приурочены к верхним горизонтам ерунаковской свиты, а в юго-восточной части бассейна в этих же стратиграфических горизонтах метаморфизм углей повышается до газовой стадии и они спекаются даже в отложениях самой верхней тайлуганской подсвиты.

Угли коксовой стадии метаморфизма в пластах рабочей мощности достоверно установлены в самых низах ильинской свиты Осиновского района, на Ивановском месторождении Беловского района и на Каменском месторождении Ленинского района. По прогнозным данным коксовую или даже отощенную стадию должны иметь угли этих горизонтов в западной части Терсинского района, но прямых наблюдений, к сожалению, нет (угленосность отложений низкая).

Основная масса углей кольчугинской серии имеет газовую стадию метаморфизма; угли жирной стадии известны лишь в отложениях ильинской свиты и нижних горизонтов ерунаковской свиты. Схема изменения метаморфизма угля по площади бассейна на границе между ильинской и ерунаковской свитами приводится на рис. 35.

По метаморфизму углей тарбаганской серии данных очень мало. Известно, однако, что основная масса юрских углей по степени метаморфизма соответствует буроугольной и длиннопламенной стадиям. Буроугольная стадия характерна для углей Центрального района. Угли Доронинской депрессии являются длиннопламенными, однако некоторые из них здесь спекаются и дают пластический слой, что позволяет считать их переходными к газовым. Еще более метаморфизованные юрские угли вскрыты в северной части Подобасско-Тутуясской мульды и в Терсинском районе.