Региональный метаморфизм Карагандинского угленосного бассейна

29.03.2020

Ведущая роль регионального метаморфизма признается подавляющим большинством исследователей отечественных и зарубежных угольных бассейнов. Установлено, что он проявляется в увеличении степени метаморфизма углей и пород: 1) со стратиграфической глубиной залегания пластов (закон Хильта — Скока); 2) в плане по мере увеличения мощностей угленосных толщ; 3) в разрезе по падению пластов с увеличением современной глубины их залегания.

В табл. 36 приведены данные по ряду бассейнов, подтверждающие первую закономерность. Действительно, в разрезе любого бассейна угли нижних свит всегда более метаморфизованы, чем угли верхних свит. В Рурском (Вестфальском) и некоторых других бассейнах в соответствии с увеличением метаморфизма со стратиграфической глубиной выделяются свиты длиннопламенных, газовых, жирных и тощих углей.

Закон Хильта — Скока четко проявляется во всех районах Карагандинского бассейна (табл. 37). В табл. 38 этот закон иллюстрируется на примере углей карагандинской свиты по всем участкам бассейна.


Темп изменения выхода летучих веществ достигает максимума (около 2% на 100 м) на стадии жирных углей (III). В сторону газовых и тощих углей он снижается до десятых долей процента Vг на 100 м. Средний градиент отражательной способности витринита (10 Rа/100 м) равен 1,4. Колебания этого градиента (от 1,2 до 1,6) отражают неодинаковые палеогеотермические условия преобразования углей в Карагандинском бассейне. Этот вывод вполне согласуется с данными И.И. Аммосова о связи геотермических условий с метаморфизмом. Нарастание метаморфизма с глубиной происходит в бассейне более или менее равномерно. Однако нередко отмечается увеличение темпа роста метаморфизма в этом направлении, которое следует связывать с повышением напряженности теплового поля, что фиксируется в соответствующем увеличении темпа роста геотермических градиентов с глубиной.
Региональный метаморфизм Карагандинского угленосного бассейна

Вторая закономерность, заключающаяся в повышении метаморфизма с ростом мощности отложений, отражает глубину погружения осадков, которая обусловливает определенный термодинамический режим толщи осадков. Эта закономерность иллюстрируется примерами из некоторых бассейнов бывш. СССР (табл. 39).

Изменение мощностей отдельных свит обычно происходит пропорционально изменению мощности всей толщи осадков (табл. 40). Это свидетельствует о том, что интенсивность прогибания площадей осадконакопления менялась во времени удивительно закономерно. Учитывая это положение, установленное в Донецком бассейне

В.3. Ершовым, при анализе закономерного изменения метаморфизма можно пользоваться не абсолютными значениями мощностей всей угленосной толщи (которая обычно частично размыта), а мощностями отдельных свит и даже подсвит (табл. 41).

В Карагандинском районе параллельно с увеличением мощности карагандинской свиты к югу от 630 до 750 м жирные мало- и средне-метаморфизованные (III1—III2) угли переходят в коксовые средне- и высокометаморфизованные (IV2—IV3). В Шерубайнуринском и Тентекском районах с увеличением в южном направлении мощности этой свиты от 700 до 800 м жирные высокометаморфизованные (III3) и коксовые мало- и среднеметаморфизованные (IVi—IV2) угли переходят в коксовые высокометаморфизованные (IV3) и отощенно-спекающиеся (V). В Тентекском районе метаморфизм углей долинской свиты повышается в юго-восточном направлении; по мере увеличения мощности долинской свиты от 425 до 560 м прослеживается метаморфический ряд углей газовые — жирные — коксовые.

Минимальные мощности карагандинская и долинская свиты имеют на Самарском месторождении, где распространены наименее мета-морфизованные (в основном газовые) угли. Мощность карагандинской свиты одинаковая (650 м) на Промышленном участке бассейна и на севере Завьяловского месторождения, и на обоих участках угли находятся на одной и той же стадии метаморфизма (III2). Одинаковым метаморфизмом (III1) и мощностью (470 м) характеризуются отложения долинской свиты Завьяловского месторождения и северо-востока Тентекского района.

В табл. 42 приведены данные, показывающие, что всякое изменение темпа роста мощностей свит сопровождается соответствующим усилением или ослаблением метаморфизма. Например, наибольший темп нарастания мощности карагандинской свиты наблюдается в Карагандинском районе (4,8 м на 1 км), где ему соответствует и максимальное усиление темпа метаморфизации (снижение выхода летучих веществ 0,33% на 1 км). Минимума эта величина достигает в Шерубайнуринском районе. Удельное снижение выхода летучих веществ (на 1 км) обычно составляет около 15% удельного прироста мощностей свит. Для долинской свиты наибольший прирост мощности (13,5 м на 1 км) отмечен на Тентекском участке, где удельное снижение выхода летучих достигает 1,1% на 1 км. Следует подчеркнуть, что темп снижения выхода летучих веществ при равных удельных приростах мощностей будет достигать максимума на жирной стадии метаморфизма и снижаться в сторону газовой и коксовой стадий.

Третья закономерность, касающаяся увеличения степени метаморфизма в направлении падения угольных пластов, имеет очень важное значение при прогнозировании качества углей глубоких горизонтов. В недалеком прошлом, когда разведочные работы велись в основном на небольших глубинах, эта закономерность не учитывалась и стадия метаморфизма, установленная вблизи поверхности, распространялась на угли глубоких горизонтов. Во многих бассейнах это привело к неправильной оценке марочного состава углей глубоких горизонтов. На изменение степени метаморфизма углей с глубиной залегания пласта впервые указали Л.Ф. Думлер в Карагандинском бассейне, М.Л. Левенштейн в Донецком, И.И. Аммосов в Кузнецком.

На востоке Тентекского участка Л.Ф. Думлер установил снижение выхода летучих веществ по падению пластов долинской свиты (около 1% на 100 м по вертикали). При дальнейших исследованиях эта закономерность подтвердилась на всех участках бассейна. Темп изменения метаморфизма по падению пластов неодинаков. В табл. 43 это положение иллюстрируется на примере пласта д6 в Тентекской мульде.

На северо-западном крыле мульды скорость нарастания метаморфизма с глубиной в 2—3 раза больше, чем на юго-восточном крыле (соответственно 0,8—0,9 и 0,25—0,40% Vг на 100 м). На северном крыле Карагандинской синклинали (Промышленный и Саранский участки) темп снижения выхода летучих из углей долинской и карагандинской свит равен около 1% на 100 м, а на южном — около 0,5% на 100 м.

В табл. 44 и 45 показано, как меняется метаморфизм углей двух основных пластов бассейна в разрезе Карагандинской синклинали (пласт к7) и Тентекской мульды (пласт де).

Этапы регионального метаморфизма. Метаморфизм карагандинских углей, зависящий от мощности свит, с одной стороны, и глубины залегания пластов относительно дневной поверхности — с другой, обусловлен в основном влиянием двух этапов регионального метаморфизма: древнего (палеометаморфизма) и позднего (неометаморфизма). Палеометаморфизм связан с различной мощностью осадков (а следовательно, с глубиной их погружения) в период их накопления до начала основного складкообразования, т. е. до конца перми. Неометаморфизм обусловлен различной мощностью осадков в период складчатости, последующего размыва (триас), во время осад-конакопления (юра) и до момента, когда мощность перекрывающих осадков не уменьшилась (благодаря размыву) настолько, что она уже не могла оказывать существенного влияния на метаморфизм углей и пород. М.Л. Левенштейн, рассматривая закономерности изменения метаморфизма углей Донбасса, аналогичные виды метаморфизма назвал «доинверсионным» и «послеинверсионным».

Первый этап продолжался около 100 млн. лет (карбон, пермь) в условиях в целом однонаправленного процесса седиментации при постоянном росте абсолютных значений температуры и давления. После складчатости наступил второй этап, который протекал в течение мезокайнозоя (180 млн. лет) при почти постоянном (кроме юрского периода) поднятии площади осадконакопления и размыве угленосных отложений с соответствующей разгрузкой толщи и снижением температуры и давления. Здесь особое значение приобретает фактор времени. Несмотря на постоянное ослабление термодинамического режима, процесс метаморфизма не прекратился и внес существенные изменения в результате воздействия первого этапа. Основная метаморфизация на втором этапе произошла в начальный его период. Второй этап более сложен, чем первый, и если подходить строже, то в рассматриваемом случае он должен быть разделен на три самостоятельных этапа. Первый из них охватывал период складчатости и размыва (конец перми — триас), второй — период юрского осадконакопления и третий — период последующей складчатости и размыва (мел — кайнозой). Если учесть, что мощность юрских осадков на отдельных участках Карагандинского бассейна превышала 1 км, а также что амплитуда вертикальных перемещений отдельных блоков в постюрское время нередко определялась многими сотнями метров, то становится ясным, что при крупномасштабных работах указанные выше особенности второго этапа должны учитываться. При прочих равных условиях наличие мощных толщ юры, перекрывающих карбоновые отложения, должно оказывать дополнительное влияние на степень метаморфизма последних. Для установления же наиболее общих закономерностей изменения степени метаморфизма углей на больших площадях можно ограничиваться разделением процесса метаморфизма на два упомянутых выше главных этапа.

Рассмотрим на примере Тентекской мульды влияние обоих этапов регионального метаморфизма (рис. 36 и 37). Параллельно с увеличением мощности свиты с северо-запада на юго-восток от 425 до 560 м закономерно снижается выход летучих веществ, например из углей пласта д6 от 34—36 до 23—25%. Эта закономерность, связанная в основном с проявлением первого этапа регионального метаморфизма, оказалась частично нарушенной в результате влияния второго этапа (после складчатости), и выход летучих веществ на максимальной глубине залегания пласта (1200 м) оказался равным всего 22—23%, т. е. примерно на 10% ниже той величины выхода летучих, которую следовало бы ожидать при отсутствии складчатости и равномерном поднятии пласта с глубины с соответствующей равномерной разгрузкой.


В разных частях мульды суммарное воздействие двух этапов метаморфизма на пласт проявилось по-разному. На северо-западном крыле, где направление нарастания мощности свиты совпадает с направлением падения пород, отмечается быстрое повышение степени метаморфизма и градиент изменения выхода летучих в плоскости пласта достигает 1% на каждые 100 м по вертикали. В этом случае угол между изоволями и пластами угля достигает 15—25° и более.

Иная картина наблюдается на юго-восточном крыле, где указанные направления не совпадают и влияние обоих этапов складывается, так сказать, с разными знаками. Здесь повышение степени метаморфизма происходит в несколько раз медленнее (градиент выхода летучих по падению равен всего 0,25% на 100 м). Соответственно резко уменьшаются и углы между изоволями и угольными пластами, они составляют всего несколько градусов.

В результате произошла коренная перестройка плана изоволей. Если изоволи первого этапа имели вид прямых линий, а их направление совпадало с северо-западным направлением изопахит (линий равных мощностей свит), то современные изоволи имеют вид замкнутых или полузамкнутых концентрических кривых. По этой же причине центр максимальной метаморфизации угля не совпадает с центром синклинали и смещен к юго-востоку и современные изоволи на северо-западном крыле идут по простиранию пород, а на юго-восточном — вкрест его.

Аналогичная закономерность наблюдается и в других районах бассейна. Например, в Карагандинской синклинали выход летучих веществ из углей пласта к13 изменяется от 30—28% на северо-востоке до 20—18% на юго-западе, а в центре синклинали равен 16—17%, причем максимум метаморфизации смещен от центра синклинали к юго-западу.

Таким образом, различие в степени метаморфизма угля любого пласта по простиранию в основном объясняется влиянием палеометаморфизма. С последним связано и асимметричное расположение углей различных стадий метаморфизма. Например, в Тентекской мульде область жирных и газовых углей смещена к северо-западу, а в Карагандинской — к северо-востоку. Воздействием второго этапа объясняется повышение степени метаморфизма с глубиной залегания углей любого пласта, причем изоволи второго этапа следуют параллельно изогипсам пласта и практически повторяют его рельеф. Основное различие в степени метаморфизма углей одного и того же пласта, залегающего на разных глубинах, было заложено в период, когда области антиклиналей уже интенсивно размывались с соответствующей разгрузкой толщи и снижением геотермического градиента, а в синклинальных областях как глубина погружения, так и термодинамические условия достигали максимальных значений. С вовлечением в зону размыва синклинальных областей эта разница хотя и продолжала нарастать, но темп этого роста постепенно снижался и в настоящее время близок к нулю.

Устанавливается определенная связь между углами падения пород и поверхностью метаморфизма. Как видно из табл. 46 средние величины этих углов в трех главных угольных бассейнах бывш. СССР довольно близки.

Выявленные закономерности в изменении свойств углей, обусловленные влиянием регионального метаморфизма, находят подтверждение практически во всех районах Карагандинского бассейна. Однако имеются участки, где зафиксированы отклонения от этих закономерностей, не связанные с влиянием других видов метаморфизма, например термального и динамического. Приведем несколько примеров.

Известно, что вдоль восточного крыла Шерубайнуринской синклинали степень метаморфизма постепенно увеличивается к югу. Ho на Центральном участке в пределах поля шахты 10 на сравнительно небольшой площади Л.С. Пылевой отмечена повышенная (примерно на половину или треть коксовой стадии) степень метаморфизма углей карагандинской свиты. Эта аномалия не случайно совпадает с относительно пологой антиклинальной складкой, в ядре которой эрозионный срез обнажил более глубокие горизонты пластов с повышенной степенью метаморфизма.

Другой пример касается довольно резкого изменения степени метаморфизма углей карагандинской свиты (от стадии IV2 до стадии V1) при переходе от Центрального участка к Южному, что не соответствует установленному темпу нарастания в этом направлении мощности свиты. Эта аномалия также связана с посткарбоновой тектоникой. Дело в том, что Южный участок представляет собой тектонический блок, приподнятый по отношению к Центральному участку на несколько сот метров, благодаря чему с глубоких горизонтов на поверхность оказались выведенными значительно более метаморфизованные угли, чем это можно было бы ожидать, исходя из закономерностей регионального метаморфизма.

Точно также на востоке Тентекского участка, который по Шеру-байнуринскому взбросу надвинут на 400—600 м на Каражаро-Шаханский участок, угли долинской свиты метаморфизованы сильнее, чем на последнем участке.

Иная картина наблюдается на границе Промышленного и Саранского участков, где в поднятом блоке, относящемся к Промышленному участку, метаморфизм углей карагандинской свиты оказался ниже, чем в опущенном блоке. Этот факт может быть объяснен несколькими причинами. Наиболее вероятно, что нарушение №14, по которому произошло смещение, является не древним взбросом, а довольно молодым (юрским) взбросо-сдвигом. Когда метаморфизация углей в значительной мере уже закончилась, северо-восточный блок был приподнят и сдвинут к югу на несколько сот метров, в результате чего пласты верхних горизонтов северо-восточного блока пришли в контакт с более метаморфизованными углями нижних горизонтов опущенного юго-западного блока. Поперечные взбросы, как известно, являются наиболее молодыми в бассейне и секут все остальные виды разрывных нарушений. К ним и относится нарушение №14.

На отдельных участках может иметь место не возрастание, а, наоборот, снижение степени метаморфизма по падению пластов. Во-первых, это может быть связано с тем, что влияние метаморфизма на первом этапе оказалось сильнее, чем на втором. Во-вторых, к этому могут привести позднейшие тектонические движения, изменившие (на обратное) падение пород угленосной толщи, в которой процессы метаморфизма уже в значительной мере оказались законченными. В рассмотренном выше случае это может быть связано с киммерийскими движениями, которые обусловили дополнительную складчатость, обновление старых и появление новых тектонических нарушений амплитудой в несколько сот метров. Роль этих движений явно недооценивается. Факт снижения степени метаморфизма по падению пород в свое время отмечался нами на примере Завьяловского месторождения.

Таким образом, тектоника может иногда вносить серьезные коррективы в характер размещения в плане и разрезе углей различных стадий метаморфизма. Это необходимо учитывать, особенно при детальных работах.

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