Закономерности изменения петрографического состава углей и строения угольных пластов Узгенского каменноугольного бассейна

Восточно-Ферганском бассейне угольные пласты приурочены к нижне- и среднеюрским отложениям. Главная масса угольных пластов залегает в туюкской свите нижнего лейаса; значительно меньшее количество пластов приурочено к зинданской свите доггера.

Разнообразие количества угольных пластов, мощности, строение, петрографический состав, выдержанность на площади и метаморфизм подчинены определенным закономерностям. Угольные пласты, как правило, залегают в средней части ритма и приурочены к наиболее мелкозернистым породам. Мощность угольных пластов туюкской свиты в северо-западной части бассейна колеблется в широких пределах, достигая иногда 6—8 м и более. Максимальную мощность имеют пласты на месторождениях Кумбель и Кара-Тюбе. Изменение мощности пластов проявляется как в отдельных пластах, так и по всему разрезу обеих угленосных свит. Анализ мощностей угольных пластов на различных площадях бассейна позволил выделить три района.

Для первого района характерно распространение угольных пластов значительной мощности. Примером являются месторождения Кумбель и Каргаша, в которых угленосность и мощность угольных пластов возрастают в верхней части стратиграфического разреза свиты, достигая максимума несколько ниже верхней ее границы. На месторождении Кумбель в некоторых разрезах из 24 пластов угля 17 достигают мощности, значительно превышающей рабочую (до 5,9 м); на месторождении Каргаша в одном разрезе из 29 пластов 11 имеют рабочую мощность до 2,6 м.

Второй район характеризуется незначительным количеством угольных пластов рабочей мощности (месторождения Горумды, Читты, Кок-Кия и участок водораздельного гребня Ферганского хребта). Так, на участке водораздельного гребня из 141 пласта только пять достигают рабочей мощности в пределах от 0,52 до 1,3 м, на Кок-Кия из 98 пластов — 12, причем только два пласта имеют мощность 1—1,8 м, а все остальные — от 0,54 до 0,86 м. На месторождении Читты, в правобережье одноименной реки, из 18 пластов один имеет рабочую мощность до 1,5 м; на месторождении Горумды из 17 угольных пластов мощностью от 0,01 до 0,56 м только один достигает промышленной мощности (0,56 м). В этом районе угольные пласты по стратиграфическому разрезу распределяются равномерно.

Третий район отличается преобладанием угольных пластов нерабочей мощности и наличием нескольких пластов значительной мощности. Типичными примерами служат месторождения Туюк и Кара-Тюбе, включая Байбичинскую площадь.

Так, в Туюке из 17 угольных горизонтов один содержит пласт рабочей мощности (2,3 м). В Кара-Тюбинском месторождении число рабочих пластов непостоянно и достигает 5; среди них мощность некоторых порядка 3 м. Один пласт достигает 8 м.

На месторождении Кара-Тюбе угольные пласты содержатся в средней части разреза туюкской свиты. Наблюдается отчетливая тенденция увеличения мощности угольных пластов снизу вверх по разрезу и лишь на очень коротком участке в верхней части разреза вновь наблюдается незначительное уменьшение мощности пластов.

Общее количество угольных пластов колеблется в туюкской свите от 5 до 141 и более, в зинданской — от 1 до 8. Максимальное количество пластов сосредоточено в центральной зоне северо-западной части бассейна, минимальное — в собственно прияссинской зоне и среднее — в крайней северо-западной части бассейна.

Все угольные залежи, независимо от их мощности, имеют характер плоских пластообразных образований. В зинданской свите они имеют распространение в пределах лишь отдельных участков месторождения, а в туюкской иногда прослеживаются в нескольких смежных месторождениях. Так, на месторождении Кара-Тюбе пласты прослежены на 10 км, а на месторождении Каргаша — на 8—10 км. В некоторых случаях более постоянными являются не отдельные пласты, а группы пластов. По-видимому, стратиграфически нижние пласты туюкской свиты и почти всегда самые верхние имеют более ограниченное распространение и прослеживаются обычно лишь по отдельным площадям бассейна.

На всех площадях, особенно на месторождении Кара-Тюбе, имеется тенденция к увеличению площади распространения угольных пластов снизу вверх по разрезу в северо-западном направлении, для месторождений Читты-Туюк в направлении на восток и для месторождений Кубель—Каргаша на северо-восток. Выклинивание пластов, имеющих относительно небольшую площадь распространения, носит исключительно генетический характер и обусловлено, вероятно, также размерами заболоченных пространств. В туюкской свите выклинивания угольных пластов, обусловленные размывами, не имеют места. Довольно широкое распространение имеют явления расщепления угольных пластов, особенно отчетливо они наблюдаются на месторождениях Кара-Тюбе, Каргаша и др.

В зинданской свите наблюдаются резко выраженные изменения мощности угольных залежей на коротких расстояниях, что обусловлено размывами. По строению и петрографическому составу угольные пласты туюкской свиты могут быть разделены на пять типов.

Первый тип объединяет пласты, состоящие преимущественно из одной пачки угля или иногда содержащие один-два прослойка породы. Почти всегда эти прослойки имеют сантиметровую мощность и представлены углистыми аргиллитами, реже аргиллитами. Пласты этого угля слагаются углями гумусовыми, преимущественно блестящими клареновыми однородными и клареновыми полосчатыми с линзами витрена; значительно реже встречаются клареновые комплексно-полосчатые. Мощность пластов небольшая, чаще нерабочая (0,1 м и меньше). Они, как правило, имеют широкое распространение по всему бассейну; преобладают в районе водораздельного гребня Ферганского хребта и на месторождениях Кок-Кия, Горумды и Читты.

Второй тип отличается от первого сложным строением, выражающимся в частом чередовании пачек блестящего кларенового угля с прослойками углистого аргиллита и аргиллита. Прослойки породы в отдельных случаях достигают 30—40 см, но обычно не превышают 10 см. Уголь, слагающий пласты, блестящий клареновый, часто неравномерно загрязненный глинистым веществом. Пласты этого типа встречаются преимущественно на месторождении Кара-Тюбе иногда в средней, а нередко и в верхней частях разреза туюкской свиты.

Третий тип включает пласты, имеющие также сложное строение, отличающееся от строения пластов второго типа присутствием нескольких пачек угля, разделенных прослойками аргиллита до 10 см мощности. Пачки угля разделяются на несколько слоев еще более тонкими (0,01—0,02 м) прослойками углистого аргиллита, реже аргиллита.

Угли пластов гумусовые, преимущественно блестящие клареновые и витреновые. Отдельные пачки угля представляют сложное чередование витренового угля с клареновым однородным или комплексно-полосчатым. Полуматовые кларено-дюреновые составные части представляют агрегат смоляных телец, оболочек спор, фюзено-аттрита и других элементов и содержат значительное количество глинистого вещества. Чередование блестящего витренового угля с блестящим клареновым однородным и комплексно-полосчатым и прослойками породы характерно для большинства пластов месторождения Кумбель. Для пластов месторождения Каргаша типичным является отсутствие витренового угля и преобладание блестящих клареновых комплексно-полосчатых углей. Обычно пласты описываемого типа имеют значительную мощность (более 1 м, иногда до 3 м).

Четвертый тип объединяет также пласты сложного строения. Они слагаются различными петрографическими типами угля и разделяются прослойками аргиллита и углистого аргиллита (от 2 до 4). Пласты в основном слагают блестящий клареновый уголь. Однако они содержат отдельные пачки матового или полуматового однородного или комплексно-полосчатого дюренового, кларено-дюренового или фюзено-семифюзенового типа угля. Положение этих пачек в пласте и их мощность весьма непостоянные. Основания пластов слагаются всегда блестящим клареновым углем. Мощность пластов угля преимущественно более 1,3 м. Пласты этого типа имеют распространение на месторождениях Кара-Тюбе и южной площади Туюк. По разрезу туюкской свиты они распределяются в верхней ее части.

Пятый тип. Отличительной особенностью пластов, объединяемых в этот тип, является участие в их строении среди гумусовых блестящих клареновых углей собственно сапропелитов (сапроколлитов) или сапропелито-гумитов (кеннелей). Последние имеют подчиненное значение и залегают в виде отдельных слоев и пачек среди блестящих клареновых и витреновых углей; в некоторых случаях гумусово-сапропелевые угли залегают в кровле пласта (район Турпе-Су). Этот тип пласта является характерным для месторождения Кумбель и западной части месторождения Каргаша.

Почва и кровля угольных пластов туюкской свиты на площади всего бассейна по гранулометрическому составу часто не обнаруживают существенных отличий. Они представлены обычно аргиллитами и реже алевролитами в почве средне отсортированными с остатками корневых систем, а в кровле — хорошо отсортированными.

На месторождениях Читты, Кара-Тюбе, Горумды породы почвы и кровли угольных пластов отчетливо различаются между собой. На месторождениях Каргаша, Кумбель и особенно на водораздельном гребне Ферганского хребта эти различия практически отсутствуют и породы почвы и кровли одинаково хорошо отсортированы.

Породы прослоев в пластах углей представлены серыми и темносерыми аргиллитами из хорошо отсортированного материала и углистыми алевролитами. Алевролиты и песчаники, как правило, в пластах угля прослоек не образуют. В некоторых пластах угля присутствуют довольно крупные линзы оолитового бурого железняка.

Угольные залежи, приуроченные к зинданской свите (минтурские слои), отличаются по строению и петрографическому составу от пластов туюкской свиты.

Количество угольных залежей в свите не превышает 8. Они имеют линзовидный характер и мощность от 0,50 до 4 м. По своему строению отчетливо выделяются простые, почти простые (с тонкими прослойками углистого аргиллита) и сложные залежи, состоящие из нескольких пачек угля, разделенных прослойками аргиллита. Строение залежей непостоянно: одна и та же залежь на разных участках месторождения имеет неодинаковое строение.

Петрографический состав углей резко отличается от петрографического состава углей туюкской свиты. Так, для всех залежей характерно участие, а чаще преобладание матовых и полуматовых углей, представляющих смешанную разновидность дюренового угля, значительно загрязненного глинистым веществом и состоящего из полупрозрачной и непрозрачной основной массы, оболочек спор, фюзенизированных тканей и очень небольшого количества гелифицированной основной массы. В этой свите почти все изученные угольные залежи петрографически сложные, так как у них наблюдается смена одного петрографического типа другим, в том числе и в залежах простого строения. В залежах сложного строения петрографические типы неодинаковые как внутри пачек (Беш-Терек, Тариелга), так и при чередовании пачек с пачками угля (Зиндан). Закономерного распределения петрографических типов по стратиграфическому разрезу залежей не наблюдается.

Почвой угольных залежей зинданской свиты, как и туюкской, является аргиллит, который через тонкие прослойки углистого аргиллита переходит непосредственно в уголь. В кровле также наблюдаются постепенные переходы от угля через углистый аргиллит к песчанику. В ряде участков угольные пласты покрываются непосредственно толщей массивного среднезернистого песчаника.

Благоприятные условия для развития торфяных болот были в районах месторождений Кумбель и Каргаша. Болота располагались на прибрежной плоской равнине, в достаточно подвижной области. Они были обводненные, застойные, с кратковременными течениями и нередко превращались в озера. Исходным материалом углей были стеблевые и листовые части растений; в них незначительное участие принимали споры, смоляные тельца, иногда водоросли.

Преобладающая часть растений отмирала на месте своего произрастания и лишь незначительная часть переносилась в пределах болота. В районе водораздельного гребня Ферганского хребта и на месторождении Кок-Кия хотя и существовали благоприятные условия для образования торфяников и их консервации, однако они вследствие большой тектонической мобильности этих участков были кратковременными, что и отразилось на мощности пластов угля. Болота располагались на плоской, часто заливавшейся равнине и были обводненными и застойными. Угли образовались из стеблевых частей растений, отмерших на месте произрастания. Менее благоприятные условия для угленакопления были в районах Горумды, Читты и др., что и нашло отражение в наличии небольшого количества пластов угля и их малой мощности.

В районе месторождений Туюк и Кара-Тюбе образование пластов происходило в относительно более ранний период накопления туюкской свиты. Условия для развития торфяников были непостоянными, что отражается, с одной стороны, на увеличении мощности пластов угля и, с другой, — на чередовании пластов различной мощности. Имело место чередование болот, расположенных в прибрежной равнине, относительно близко стоящей к береговой линии. Гидрологический режим был переменным (болота обводненные, застойные, чередующиеся с неравномерно обводненными и осушенными). Исходным материалом углей, как и на других площадях, были стеблевые части растений, отложившиеся на месте их произрастания.

Угольные пласты зинданской свиты образовались в предгорной области с холмистым рельефом, в слабо и неравномерно обводненных болотах, испытавших кратковременное полное осушение.

Таким образом, угольные пласты туюкской свиты образовались главным образом в обводненных, преимущественно застойных торфяных болотах, расположенных в различных частях довольно плоской прибрежной равнины, угольные залежи зинданской свиты — в предгорной области с холмистым рельефом и слабо обводненных, проточных болотах с кратковременными периодами полного осушения.

На основании изучения химических и физических свойств углей, главным образом их микроскопических особенностей, для Узгенского бассейна установлена гамма углей различной степени углефикации — от длиннопламенных до антрацитов включительно. Н.В. Шабаровым на основании геологического изучения бассейна, углепетрографических исследований, проведенных А.И. Гинзбург, и химических данных доказано, что угли различной степени углефикации имеют зональное распределение, при этом контуры выделенных зон укладываются в определенную схему.

Совершенно определенное место в бассейне занимают угли с переходными свойствами от одной стадии углефикации к другой; так, группа антрацитов и полуантрацитов разделяется на две самостоятельные группы; газовые — на собственно газовые и газовые, тяготеющие к жирным.

Дополнительные исследования степени углефикации углей из различных частей бассейна полностью подтверждают высказанные Н.В. Шабаровым положения, что линии, ограничивающие площади распространения углей одинаковой степени метаморфизма, приближаются к кривым параболической формы. Вершины парабол полагаются примерно в осевой части Ферганского хребта, смещаясь несколько на юго-западный склон, где угли антрацитовые, и на северо-восточный склон, где угли коксовые, паровично-жирные и газовые. Кривые выпуклостью обращены на северо-запад. Общий параболический характер их сохраняется для всех углефикационных зон.

Форма кривых, ограничивающих угли одинаковой степени углефикации, довольно простая, особенно для полуантрацитов и антрацитов. Более сложной она является для углей тощих, жирных и газовых.

Метаморфизм в бассейне возрастает с северо-запада на юго-восток, а также с северо-востока и юго-запада примерно к осевой части бассейна (вкрест простирания основных складчатых структур бассейна и по их простиранию).

Причины метаморфизма Н.В. Шабаров связывает с региональными факторами, полагая, что метаморфизация углей и вмещающих их толщ предшествовала процессу складкообразования.