Геотермические условия Кузнецкого угольного бассейна

26.03.2020

К настоящему времени в Кузнецком бассейне замеры температур на глубинах более 300 м имеются почти по 300 скважинам. Результаты этих наблюдений по районам и участкам приведены в табл. 49 и на рис. 40.

Геотермическая изученность бассейна является неравномерной. К наиболее изученной относится площадь южной половины бассейна и северная его оконечность. Слабо исследованы северо-восточная окраина, а также центральная и северо-западная части.

Величины геотермических градиентов, как это отмечалось и Э.М. Сендерзоном, изменяются не только на площади бассейна, но и в пределах геолого-промышленных районов и даже на отдельных шахтных полях, что свидетельствует о наличии целого ряда факторов, влияющих на температурные условия в угленосных отложениях.

Как видно из рис. 40, в угленосной толще на площади бассейна намечается определенная температурная зональность. Область самых высоких температур (более 35° С) приурочена к юго-восточной части бассейна — Tepсинскому, а также частично к Ерунаковскому и Томь-Усинскому районам. Зона с преобладанием низких температур (менее 30° С) охватывает северо-западную и юго-западную части бассейна — Анжерский, Кемеровский, Плотниковский, северо-западную часть Ленинского, Беловский и Прокопьевско-Киселевский районы. В промежуточной зоне отмечаются средние температуры (от 30 до 35°С).

Северные и северо-западные районы с относительно низкими температурами характеризуются низкими гипсометрическими отметками, сглаженными формами рельефа, местами наличием третичной коры выветривания, увеличенной мощностью угленосных отложений и отсутствием в них изверженных тел (кроме маломощных тел Завьяловского и западной части Титовского районов). Формы складок и разрывов здесь свидетельствуют о преобладающем влиянии тангенциальных напряжений.

Область высоких температур юго-восточной части бассейна характеризуется самыми высокими гипсометрическими отметками и резко расчлененными формами рельефа (проявление неотектоники). В угленосных отложениях этой территории наиболее широко развиты силлы и дайки диабазов; наблюдаются весьма интенсивные формы доюрской складчатости и наибольшие угловые несогласия между отложениями верхнепалеозойских и юрских угленосных отложений. Здесь широко развиты пологие куполовидные, различно ориентированные формы складок, образованных под воздействием радиальных сил.

Сопоставляя эти особенности, можно говорить о весьма длительном существовании различий в температурном режиме северо-западных и юго-восточных районов Кузбасса.

На фоне этой общей температурной зональности, характерной для бассейна в целом, имеется ряд существенных деталей, осложняющих картину распределения температурных зон. Так, например, в юго-восточной части Прокопьевско-Киселевского района, где термокаротаж на сравнительно небольшой площади проведен по 84 скважинам, установлен широкий диапазон геотермических градиентов, показывающих достаточно четкую связь их с тектоническими структурами (рис. 41). Наиболее высокими температурами здесь характеризуются крупные продольные поднятия и зоны разломов (взбросов), ограничивающих эти поднятия. От крупных взбросов в сторону висячего его крыла температура уменьшается постепенно, а в сторону лежачего крыла — очень резко. Часто наблюдаемые в нарушенных зонах аномально высокие температуры могут свидетельствовать о распространении этих зон на значительные глубины. На глубине около 900 м разница в температурах на отдельных участках Прокопьевско-Киселевского района достигает 15° С при абсолютных значениях от 17 до 32° С.

На севере Кемеровского района повышенные температуры (28°С) отмечаются в пределах крупного поднятия — Ровненской антиклинали (участки Ровненский и Низовский 4) и значительно более низкие (24° С) в соседней к востоку крупной Бирюлинской синклинали (участок Бирюлинский 3), сложенной теми же угленосными отложениями. Эти структуры разделены мощной зоной нарушенных пород, прослеживаемой на глубину под Ровненскую антиклиналь.

В Терсинском районе, характеризующемся вообще более высокими температурами пород, максимальная средняя температура 44°С приурочена к резко выраженной крупной Терсинской антиклинали, усложняющейся рядом разрывов с зонами повышенной открытой трещиноватости. Здесь в угленосных отложениях балахонской серии и разведано первое в Кузбассе месторождение минеральных углекислых вод. На соседнем к западу Тустуерском участке с пологоволнистой складчатостью в отложениях ерунаковской свиты температура несколько снижается (до 38°С).

Повышенные температуры в антиклинальных складках наблюдаются почти повсеместно и в других районах, но есть и некоторые исключения. Так, например, в пределах Невского купола по нефтеразведочной скважине 3-Р, пробуренной только по девонским отложениям, на глубине 1650 м температура равна всего 31,4° (градиент 2,1° С/100 м), в то время как на северном и южном склонах этой структуры, в угленосных отложениях Анжерского и Кемеровского районов, средние значения градиентов составляют 2,4—2,5°С/100 м. Очень низкий градиент (2,2°С/100 м) получен по скв. 1-Р, пробуренной в пределах Сыромолотненской антиклинали (на глубине 2900 м температура 64,5°С). He установлено достаточно четкой связи повышенных температур с положительными структурами также в Ленинском районе. Возможно, что эти отклонения от общего правила следует связывать с длительно существовавшими древними выступами фундамента угленосных отложений, которые при последующих тектонических процессах не подвергались значительным и многократным деформациям и разломам.

Интересно нарастание температур в Томь-Усинском районе на участке Ольжерасском Глубоком, представляющем собой крупный, почти не нарушенный моноклинал с углами падения слоев 10—15°. По всем глубоким скважинам в отложениях кузнецкой свиты, в основании которой имеется мощная пачка глинистых пород, отмечается медленное нарастание температур — от 1,6 до 2,3°С/100 м, в то время как в угленосных отложениях верхнебалахонской свиты она скачкообразно повышается до 3,9—4,3° С/100 м. В продуктивных отложениях вышележащей ильинской свиты Распадского месторождения градиент температуры также повышается до 3,5° С/100 м. В скв. 3235, пробуренной по отложениям ильинской, кузнецкой и частично верхнебалахонской свит, геотермический градиент, например, изменяется следующим образом (сверху вниз): ильинская свита (интервал от 0 до 350 м) 3,0° С/100 м, кузнецкая свита (интервал от 350 до 1000 м) 1,81° С/100 м и верхнебалахонская свита (интервал от 1000 до 1260 м) 4,3° С/100 м. Изменения градиентов вызваны, по-видимому, различиями в теплопроводности и трещиноватости глинистых пород, с одной стороны, и песчаников с углями — с другой.

В юго-восточных районах бассейна с резко расчлененными формами рельефа при оценке температурных условий на определенном горизонте нельзя не учитывать отметки рельефа устьев скважин, так как изотермы в какой-то мере повторяют формы рельефа (табл. 50).
Геотермические условия Кузнецкого угольного бассейна

Установлено также, что в интервалах скважин от 0 до 300 м вследствие повышенной трещиноватости пород, неустойчивого гидродинамического режима подземных вод и по других причинам замеры температур не пригодны для расчетов геотермических градиентов. Для этих целей наиболее надежные данные дают лишь замеры в призабойной части скважин при глубинах их более 300 м. Часто наблюдаемые против угольных пластов небольшие аномалии на кривых термокаротажа (в пределах ±1°) не искажают общей картины температурного поля. В целом температурные кривые по глубоким скважинам имеют прямолинейный характер. Это позволяет экстраполировать имеющиеся данные по верхним горизонтам на нижележащие и таким образом прогнозировать температурный режим отработки углей на глубоких горизонтах (см. рис. 41).

В отношении температурных условий эксплуатации в соответствии с выявленной зональностью можно сделать следующий вывод: в северном, северо-западном и юго-западных районах бассейна температуры выше 25° С могут быть лишь на значительных глубинах — порядка 700—900 м, в юго-восточных и южных районах — уже на глубинах 500—600 м.

Однако геотермические данные могут служить не только для прогноза температурных условий глубоких шахт; они в какой-то мере объясняют и ту сложную картину метаморфизма углей, которая наблюдается в Кузнецком бассейне и отдельных его районах.

Наиболее четко связь между геотермическими условиями и метаморфизмом углей выявляется при сопоставлении градиентов метаморфизма с геотермическими градиентами. Результаты этого сопоставления сведены в табл. 51 и изображены на рис. 42.


Методика определения градиентов метаморфизма сводилась к следующему. Выбраны участки, на которых имеются достоверные данные как по качеству углей, так и по геотермии (таких участков в Кузбассе, к сожалению, еще мало). Рассматривались преимущественно малозольные хорошо спекающиеся угли стадий метаморфизма от II3 до V1. В пределах каждого участка выбирались наиболее выдержанные и удаленные один от другого рабочие пласты, опробованные в одних и тех же глубоких скважинах. Средние для каждого пласта значения выхода летучих веществ и толщины пластического слоя с помощью графика К.С. Пермитиной и М.Е. Поповой (см. рис. 37 в главе девятой) приводились к значениям выхода летучих веществ на полу-блестящий петрографический тип угля (Vгбб). Разница в Vгпб между верхним и нижним пластами, отнесенная к расстоянию между пластами (в направлении, перпендикулярном к изоволям) в сотнях метров, дает градиент метаморфизма. Наклон изоволей определялся для каждого участка разведки особо.

Как видно из рис. 42 и табл. 51, на участках с низкими современными геотермическими градиентами наблюдается и относительно невысокая скорость изменения выхода летучих веществ. Интересно, что такая зависимость устанавливается не только для разных геотермических зон бассейна, но и в пределах отдельных месторождений и структур. Так, например, на севере Кемеровского района на двух соседних участках Ровненском и Бирюлинском 3 с одними и теми же пластами угля градиенты метаморфизма равны 0,8 и 0,49% Vгпб/100 м при соответствующих геотермических градиентах 2,8 и 2,4°С/100 м. О структурных особенностях этих участков уже упоминалось выше. Здесь можно лишь отметить, что на участке перехода пластов от Бирюлинской синклинали к Ровненской антиклинали в крутопадающем нарушенном крыле, хорошо прослеженном разведочными и специальными опробовательскими выработками, наблюдается необычайно сильное отощение углей. Заметное отощение углей происходит также в направлении общего воздымания оси Ровненской антиклинали.

Другим примером ясно выраженной пропорциональности градиентов метаморфизма и современных температур является разрабатываемое рядом шахт восточное крыло III синклинали в Прокопьевско-Киселевском районе. В наиболее погруженной части этой структуры (северная часть поля шахты 5—6) градиент изменения летучих равен 1,05, а температурный градиент 2,0. К северо-западу и юго-востоку от этого участка ось III синклинали воздымается, происходит постепенное увеличение температур и увеличивается метаморфизм углей. Возрастают также градиенты метаморфизма и температуры, которые на поле шахты 12 имеют значения соответственно 1,35 и 3,2, а в южной части поля шахты 5—6 — 1,6 и 3,0 (см. табл. 51).

Приведенные, хотя и немногочисленные примеры совместно с данными по другим районам свидетельствуют о несомненной, связи метаморфизма углей с геотермическими условиями. Для районов линейной складчатости и разрывов эта связь становится более понятной, если иметь в виду, что пликативные структуры, а следовательно, и геотермические зоны, возникшие на большой глубине в первоначальный момент общей инверсии угленосных отложений, в условиях длительно действующего бокового давления не могли иметь коренной перестройки; складки становились лишь более резко выраженными и разрывались. Наиболее крупные разрывы или несколько сближенных разрывов, сопровождавшихся широкой зоной трещин, служили путями движения перегретых термальных вод, паров и газов с больших глубин, что и явилось причиной относительного повышения прогрева толщ и метаморфизма углей. С этой точки зрения легко и просто объясняется повышенный метаморфизм углей узких, зажатых между крупными взбросами зон угленосных отложений крайних северо-западной и юго-восточной частей Прокопьевско-Киселевского района (Краснобродские участки, шахта Красный Углекоп). Становится понятным также тот факт, что на сложно дислоцированных месторождениях и участках показатели выхода летучих веществ и отражательной способности имеют обычно колебания в больших пределах, чем на простых. По глубоким разломам, как наиболее ослабленным зонам, по-видимому, происходили некоторые смещения тектонических блоков и в более поздние этапы геологической жизни бассейна, поэтому, несмотря на частичное «залечивание» старых трещин, образовалась дополнительная трещиноватость, служившая путями подъема с больших глубин теплых вод и в настоящее время. В этом, вероятно, и состоит качественная связь современных геотермических и палеогеотермических условий для нарушенных зон, протягивающихся на большие глубины.

Что касается юго-восточной части бассейна, где преобладают пологоволнистые структуры и моноклиналы, то повышенные градиенты геотермии и метаморфизма здесь скорее всего связаны с более интенсивным прогревом пород за счет подъема и внедрения магматических масс в угленосные толщи. Во всех районах в отложениях балахонской серии этой части бассейна наблюдаются мощные силлы и дайки диабазов. Последние прослеживаются (правда, уже не так широко) и в отложениях кольчугинской серии. Близость залегания в этом районе крупного интрузивного тела подтверждается также по геофизическим исследованиям (аэромагнитная съемка). О мощной вулканической деятельности позднетриасового времени свидетельствуют залежи базальтов. Если принять во внимание, что в юго-восточной части бассейна в настоящее время мы наблюдаем активизацию тектонических явлений, то и здесь налицо унаследованность современных геотермических градиентов.

В свете вышеизложенного следует признать, что на фоне общего регионального метаморфизма углей Кузнецкого бассейна в результате различной глубины погружения угленосных отложений существенное значение имели также различные палеогеотермические условия. Поскольку современные геотермические условия носят унаследованный характер, то их изучение представляет большой интерес для уточнения генезиса структур и выявления закономерностей метаморфизма углей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна