История геологического развития и условия угленакопления Экибастузского каменноугольного бассейна

Геосинклинальный период развития района Экибастузского бассейна приходится на докембрий и ранний палеозой, в течение которых в морских условиях здесь накопилась мощная толща осадочных и вулканогенных отложений. В таконскую фазу складчатости произошло интенсивное горообразование, сопровождавшееся общим поднятием региона и отступанием моря. На протяжении силурийского и девонского периодов (до франского века включительно) на всей территории сохраняются континентальные условия, характеризовавшиеся, однако, интенсивной вулканической деятельностью. В конце этого этапа происходит, видимо, выравнивание рельефа района.

В начале фаменского века морская трансгрессия, охватившая значительную территорию Центрального Казахстана, достигла района Экибастуза. В обстановке открытого моря на протяжении фаменского и турнейского веков накапливаются песчано-глинистые и известковистые отложения, которые хорошо параллелизуются с синхронными образованиями Карагандинского бассейна. Толща фамена представлена преимущественно мелководными осадками — песчаниками, сланцами, мергелями, глинистыми и кремнистыми известняками.

Среди нижнетурнейских отложений большое развитие получают органогенные, окремненные и мшанковые известняки с прослоями песчаников и алевролитов.

Типичной особенностью верхнетурнейских отложений (русаковский горизонт), представленных окремненными и мшанковыми известняками с прослоями полимиктовых песчаников и алевролитов, является снова их мелководный характер. Органогенный материал, образующий известняки, мелко раздробленный, перемешанный. Таким образом, уже в позднем турне начинается локальное обмеление бассейна. В дальнейшем условия накопления осадков претерпевают более значительные изменения, обусловленные регрессией раннекарбонового моря.

Состав нижне-среднекарбоновых отложений и заключенной в них фауны свидетельствует об образовании осадков аккудукской и ашлярикской свит в переходных условиях от морских к континентально-лагунным. Экибастузский район располагался в это время в прибрежной части моря с изрезанной береговой линией. Неоднократные колебания последней, связанные с периодическим отступанием и наступанием моря, привели к накоплению сложного комплекса пород, принадлежащих к фациям прибрежного мелководья, баров, лагун, зарастающих лагун и рек.

Лагунные отложения представлены переслаивающимися пачками алевролитов, аргиллитов и мелкозернистых песчаников. Для них характерно присутствие тонкостворчатой фауны угнетенного облика, значительное количество обугленного растительного детрита и обилие конкреционных образований, в частности пирита. Для аккудукской свиты типично монотонное переслаивание темно-серых (до черных) аргиллитов, алевролитов и мелкозернистых песчаников с редкими единичными формами хонетид. Мощность отдельных пачек до 30—35 м.

Отложения зарастающих лагун распространены в верхней части разреза ашлярикской свиты. Они представлены углистыми аргиллитами или аргиллитами, содержащими тонкие линзочки витрена, и угольным пластом 6. Высокая зольность угольной массы последнего указывает на то, что накопление торфяников, сформировавших впоследствии этот пласт, сопровождалось приносом болотными потоками значительного количества взвешенных минеральных веществ. Процесс образования кровли пласта 6 совпал с началом наступания моря на заболоченную территорию, о чем свидетельствует наличие здесь морской фауны.

К отложениям прибрежного мелководья с определенной долей условности относятся мелко- и среднезернистые песчаники с хорошей сортировкой материала, а также, по-видимому, известняки, встречающиеся в виде маломощных прослоев. От фации лагун и заливов они отличаются более дробным переслаиванием и появлением пятнистых текстур за счет нарушения слоистости в процессе размыва и взмучивания пород. Эти отложения наиболее характерны для ашлярикской свиты.

Песчаники с грубой сортировкой материала, содержащие большое количество ракушечникового и растительного детрита, близки к баровым образованиям. Обычно они располагаются среди отложений прибрежного мелководья и имеют линзовидный характер залегания. Баровые песчаники характерны для разреза ашлярикской свиты, но распространены ограниченно.

Речные фации (русловые и подводно-дельтовые) преимущественно развиты в нижней части карагандинской свиты в интервале угольных пластов 5—4. Они представлены песчаниками от мелко- до крупнозернистых, реже конгломератовидных, включающими обломки растений. Накопление осадков этой части разреза происходило в крупном опресненном водоеме. Впервые в истории Экибастузского бассейна в верхах свиты появляются пресноводные филлоподы.

Сопоставление фаций и масштабов угленакопления района Экибастуза и Карагандинского бассейна показывает, что в ранне-средневизейское время эти области различались как по палеогеографическим условиям, так и по характеру тектонических движений. Если Карагандинский бассейн в это время представлял собой глубоко вдающийся в сушу залив, куда сносилось большое количество речных осадков, то Экибастузский район палеогеографически находился в прибрежной части моря с изрезанной береговой линией. Частая резкая смена фаций в разрезе ашлярикской свиты Экибастуза обусловлена неравномерностью тектонических движений и непостоянством их знака.

Образование осадков нижней подсвиты карагандинской свиты происходило в условиях, близких к существовавшим при отложении верхней части ашлярикской свиты. Торфяники, давшие угли пластов 5 и 4, накапливались здесь в условиях прибрежно-морских болот при значительном привносе терригенного материала, о чем свидетельствует высокая зольность угольной массы и сложное строение пластов.

В раннекарагандинское время процесс угленакопления был крайне неустойчив, на что указывает расщепление на большей части бассейна и слияние (участки 1 и 5) угольных пластов 4 и 3, а также значительные колебания мощности (от 0 до 110 м) разделяющих их пустых пород (рис. 93), которые слагают верхнюю часть подсвиты. Породы, разделяющие пласты 4 и 3, представлены русловыми, подводно-дельтовыми, пойменными и озерными фациями, распределенными в плане зонально. Своим образованием они обязаны реке, протекавшей в Экибастузе с востока на запад, интенсивная деятельность которой продолжалась до начала формирования угольного пласта 3.

В северо-западной части брахисинклинали между пластами 4 и 3 обнаружена фауна авикулопектен. Возможно, что здесь имела место кратковременная морская ингрессия. Начиная с почвы угольного пласта 3 выше по разрезу каменноугольной системы морские отложения отсутствуют.

Установление длительного континентального режима в Экибастузском районе было ознаменовано началом интенсивного угленакопления, в процессе которого сформировались сближенные угольные пласты 3—1 уникальной мощности, составляющие среднюю (основную промышленную) подсвиту карагандинской свиты Экибастузского бассейна. На формирование ее нижней части, представленной низами пласта 3, по-видимому, еще оказывала влияние упомянутая выше река, находившаяся в стадии одряхления. Ее потоками в болото приносился взвешенный глинистый материал, засорявший растительное вещество, в результате чего образовались мощные пачки углистых и слабоуглистых аргиллитов. Накопление торфяников, образовавших вышележащую часть разреза подсвиты, происходило в условиях относительно устойчивого озерно-болотного режима при длительном компенсированном опускании территории бассейна, которое прерывалось лишь на отдельных участках кратковременными периодами формирования пачек углистых аргиллитов и алевролитов, а также прослоев каолинита. Оптимальные условия торфонакопления приходятся на период формирования пласта 2, когда болотная растительность достигает пышного расцвета. Его угли, по данным Л.П. Нефедьевой, образуются в условиях слабо обводненных и так называемых сухих болот, чем обусловлено наличие в их составе большого количества фюзена. Изменение мощности средней подсвиты карагандинской свиты на площади бассейна, характеризующее тектоническую обстановку периода ее формирования, показано на рис. 94.

Накопление осадков верхней части угленосной толщи Экибастузского бассейна, соответствующей по времени образования верхней подсвите карагандинской свиты и надкарагандинской свиты, происходило уже в иной тектонической и палеогеографической обстановке. В этот период район Экибастуза, как и остальная территория Центрального Казахстана, продолжал испытывать непрерывный, но дифференцированный подъем, что привело к оживлению здесь рельефа, усилению эрозионной деятельности и к изменению климата в сторону большей его сухости. Наряду с этим быстрое погружение депрессии способствовало накоплению мощной толщи преимущественно озерных, реже русловых осадков; интенсивное углеобразование прекратилось.

В конце среднего карбона осадконакопление было прервано герцинскими тектоническими движениями, в результате которых отложения девона и карбона были смяты в брахисинклинальную складку северо-западного простирания. Поднятие страны сопровождалось возникновением на крыльях складки крупных продольных разломов, в результате чего она приобрела типичную грабен-синклинальную структуру.

В позднем палеозое, мезозое и кайнозое район Экибастуза оставался сушей и служил областью разрушения и сноса. Лишь в палеогене он покрывался на короткое время мелководным морем, в котором отложились осадки песчано-глинистого состава.