Западно-Уральский бассейн

07.11.2020

В окраинной зоне Уральской складчатой структуры, переходящей к западу через Предуральский краевой прогиб в Русскую платформу, расположен толща с перерывами более 800 км узкой полосой (ширина от 5 до 20 км) вытянута в меридиональном направлении.

В Западно-Уральском бассейне выделяются три угленосных района (с севера на юг): Вишерский, Кизеловский и Чусовской (рис. 41). Хорошо изучен и имеет наибольшее промышленное значение Кисловский район, значительно меньшее — Чусовской, Вишерский ранок характеризуется весьма слабой угленосностью и не имеет промышленного значения.

Кивеловский каменноугольный район занимает центральную часть угленосной площади нижнего карбона, которая узкой полосой тянется на 800 км в меридиональном направлении по западному склону Урала. К югу от Кизеловского бассейна в пределах этой полосы выделяется Чусовской, а к северу — Вишерский угленосные районы. На востоке бассейн ограничивается выходами девонских и болee древних отложений, а на западе (условно) глубиной залегания угольных пластов 1200 м от поверхности, поскольку западнее угленосная толща погружается на глубину около 2000 м и перекрыта пермскими отложениями. В принятых границах площадь Кизеловского бассейна составляет 1500 км2 (длина 150 км и ширина 5—20 км) (рис. 42).

История геологическом изученности. В бассейне уголь был обнаружен в 1783 г., а в 1786 г. крепостным крестьянином Моисеем Юговым были открыты новые месторождения угля, разработка которого началась штольней в 1797 г. В дальнейшем развитие добычи в бассейне шло очень медленно — в 1915 г. было добыто около 1 млн. т угля.

Большое шахтное строительство развернулось только после Великой Октябрьской социалистической революции. К началу Великой Отечественной войны добыча угля достигла 4,5 млн. т, а в 1961 г. — 11,7 млн. т или 2,4% от общесоюзной добычи. С развитием добычи одновременно проводились широкие геологоразведочные работы, в результате которых были выявлены и разведаны новые месторождения угля.

Стратиграфия. В геологическом строении Кизеловского района принимают участие главным образом палеозойские отложения общей мощностью до 3—4 км, представляющие собой смену различных по литологическому составу толщ.

Наиболее древними являются породы алкинской свиты (от С1 до Д1), представленные немыми терригенными отложениями мощностью 0,8—1,0 км. Выше залегают отложения среднего девона (Д2) мощностью до 250 м. представленные внизу эффельскими песчаниками и вверху живетскими известняками. Под ними залегает двухсотметровая толща верхнего девона (Д3), представленная темно-серым в известняками, переслаивающимися с глинистыми сланцами, и разделяемая по характеру слоистости на два яруса: франский — внизу и фаменский — вверху.

Девонские отложения перекрыты мощной толщей осадков карбона (до 1500 м). Tурнейские отложения средней мощностью 280 м представлены серыми плотными известняками и глинистыми сланцами, сменяющимися песчано-глинистыми континентальными и прибрежно-морскими осадками.

Угленосная толща мощностью от 100 до 250 м состоит из чередующихся слоев кварцевых песчаников алевролитов и аргиллитов с подчиненными и немногочисленными пластами каменного угля. По литологическому составу угленосная толща П.В. Васильевым разделяется на 9 свит, из которых 2 переходные, 3 промежуточные (песчаниковые) и 4 углесодержащие (преимущественно глинистые). Угленосные отложения перекрыты мощной толщей закарстованных карбонатных пород C1в2, C2, C3 и P1А.

Отложения С1в2 мощностью 450—500 м представлены известняками с фауной брахиопод. Отложения C2 мощностью до 250 м представлены фораминиферовыми известняками, переслаивающимися в средней части с мергелем, глинами и глинистыми сланцами. Отложения C3 мощностью до 400 м представлены толстослоистыми известняками. На размытую поверхность разных горизонтов карбона трансгрессивно налегают отложения перми, представленные песчаниками, конгломератами и др.

Все палеозойские отложения бассейна прикрыты чехлом современных алювиально-делювиальных отложений, мощность которых составляет 3—6 м.

Тектоника. Кизеловский район расположен в складчатой зоне западного склона Урала. Преобладающей формой тектоники являются складки, вытянутые в меридиональном направлении (рис. 43). Основные складчатые структуры бассейна осложнены сравнительно небольшим числом крупных надвигов и взбросов, имеющих преимущественно восточное падение сместителей. Складки бассейнов характеризуются сложностью строения, ассиметричностью крыльев, волнистостью шарниров, раздвоением по простиранию. Складчатость связана с варисиийской фазой герцинского орогенеза.

Основными углесодержащими структурами бассейна являются Главная Кисловская антиклиналь, Косьвинская синклиналь, Коспашско-Полуденная синклиналь и Гремячинская синклиналь.

Главная Кисловская антиклиналь, расположенная в центральной части бассейна, имеет протяженность с севера на юг до 40—45 км. Восточное крыло структуры в северной части осложнено серией мелких складок и Луньевским надвигом. На юге это крыло переходит в западное крыло Косьвинской синклинали. В Центральной части западное крыло антиклинали осложнено крупным тектоническим нарушением типа взброса с амплитудой выше 200 м и падением плоскости сместителя на запад под углом 55—75 .

К северу и югу от участка Углеуральск-Губаха наблюдается погружение шарнира антиклинали. Погружение структуры в северном направления сопровождается развитием вторичной брахисинклинальной складки, разделяющей антиклиналь на два крупных веерообразно расходящихся антиклинальных поднятия, постепенно затухающие в северном направлении под Луньевским надвигом. Южная часть антиклинали, вследствие прогиба свода структуры, представлена Нагорнинской синклиналью, переходящей южнее в Усьвинскую синклиналь.

Одной из крупнейших структур бассейна является Косьвинская синклиналь, расположенная к востоку от главной антиклинали. Протяженность ее с севера на юг составляет около 35 км при ширине от 2 ДО 8 км. Началом Косьвинской синклинали принято считать Рудничную синклиналь. от которой в нужном направлении ось структуры испытывает погружение, достигающее наибольшей величины на широте реки Косьвы, где в ядре структуры обнажаются известняки верхнего карбона. Глубина синклинали здесь достигает 1400 к при ширине до 8 км.

К югу от р. Косьвы синклиналь разделяется Гореловской антиклиналью на две ветви — западную, которая в районе р. Усьвы замыкается, и восточную, являющуюся структурным продолжением Бруснянской синклинали.

Косьвинская синклиналь — асимметричная складка с пологим западным крылом (за исключением северной части) и крутым восточным крылом, местами опрокинутым. В осевой части структуры установлено крупное тектоническое нарушение типа надвига амплитудой 200—240 м и падением плоскости сместителя на восток под углом 55—65°. На западном крыле структуры имеется ряд более мелких дизъюнктивных нарушений, осложняющих крыло в диагональном направлении.

В северо-восточной части бассейна расположена Коспашско-Полуденная синклиналь. Особенностью строения данной структуры является незначительная ширина (до 3 км) по сравнению с длиной (до 50 км). В осевой части структуры прослеживается антиклинальное поднятие, разделяющее структуру на две складки. Глубина погружения пластов в районе антиклинального поднятия составляет 70—100 м, в северном направлении увеличивается и достигает 500—600 м.

Антиклинальное поднятие является взброшенной частью крупного нарушения, проходящего в западной части структуры.

Восточное крыло структуры с северной части срезано Чикманским надвигом. Углы падения пластов, составлявшие в районе антиклинального поднятия 8—10°, на восточном крыле структуру увеличиваются до 40—60°.

В юго-восточной части бассейна расположена так называемая Гремячинская синклиналь. Протяженность структуры с севера на юг 12,5 км при ширине 1—1,5 км, которая уменьшается к югу до 0,7 км. Данная структура имеет асимметричное строение: падение восточного крыла 45—70°. западное крыло в большинстве случаев опрокинуто на восток. В южной части структуры выявлено антиклинальное поднятие, которое разделяет ее на две мелкие синклинали.

Угленосность. В угленосной свите Сh, содержится до 25 пластов и прослоев угля, из которых пластов имеют рабочую мощность. Мощность рабочих пластов довольно изменчива и обычно колеблется в пределах от 0,5 до 1,5—2,0 м и редко более.

По форме угольные пласты в общем прерывистые, что связано с различными условиями угленакопления, последующими размывами и с тектоническими нарушениями. Благодаря этому угленасыщенность отдельных участков сильно колеблется. Наибольшая угленасыщенность приурочена на юге к Коспашско-Полуденной синклинали, на севере — Главной Кизеловской синклинали и на востоке — к Косьвинской синклинали. Пласты угля простого и сложного строения. Породы угленосной толщи относительно крепкие.

Общие геологические запасы углей Кизеловского района составляют 1,03 млрд. т. около 7 % из них находятся на глубине более 300 м. Балансовые запасы на 1 января 1962 г. составляли 579,3 млн. т.

Качество углей. Кизеловские угли относятся к типу гумусовых каменных и подразделяются на четыре основные разновидности: матовый уголь, полуматовый, полублестящий и блестящий. Внутри пластов изредка встречаются сапропелевый уголь в виде тонких (до 5 см) невыдержанных линз. Угли бедны витренизированным веществом и характеризуются повышенным содержанием спор, которое в матовых углях доходит до 60%, в полублестящих — до 15%, составляя в среднем 25%. Кизеловские угли в основном крепкие, вязкие.

Угли отличаются своеобразием качественного состава. В распределении отдельных марок углей не удается установить какой-либо закономерности и выяснить причинную связь между проявлением той или иной марки и геологическими условиями формирования бассейна.

Изменение качества (марочного состава) углей бассейна обусловлено различиями в условиях первичного разложения.

Условия метаморфизма в пределах бассейна всюду были одинаковыми, в результате чего все угли метаморфизованы в равной степени под действием регионального метаморфизма. Угли по степени метаморфизма относятся к маркам Г и Ж. Однако в процессе метаморфизма различия в продуктах первичного биохимического разложения не вполне сгладились, что послужило Причиной наблюдаемого их качественного разнообразия.

В пределах бассейна на основании пластометрических испытаний установлены марки угля Г1, Г2, Ж1 и Ж2. В северной половине преобладают угли марок Ж1, Ж2 и Г1 и в южной половине характерны слабоспекающиеся угли марки Г2.

Средний выход летучих веществ составляет 41 % при уменьшении выхода летучих от 13-го и 11-го пластов к 9-му и 5-му пластам на 2—4%. Содержание влаги 2,3—5,8%, золы — 19—31%, серы — 3—6,4%; толщина пластического слоя 6—18 мм; теплота сгорания 7500—8190 ккал/кг.

Кокс, получаемый из Кизеловского угля, вследствие повышенной сернистости непригоден для выплавки чугуна, а используется в цветной металлургии при выплавке медных и никелевых руд.

Обогатимость углей трудная.

Глубина распространения выветрелых углей в среднем около 10 м от поверхности коренных пород. Зона окисления опускается до 100 м по падению пласта.

Гидрогеологические и горногеологические условия. Гидрогеологические условия отличаются большой сложностью и определяются геологическим строением, литологическим составом, орогидрографическими и климатическими условиями бассейна. Особенностью бассейна является широкое развитие закарстованных карбонатных пород, составляющих до 75% площади.

В перекрывающей угленосные отложения карбонатной толще наблюдается два мощных водоносных горизонта, отделенных друг от друга глинисто-мергелистой толщей С22 мощностью 60—30 м, которая является общерайонным водоупором. В зонах тектонических нарушений роль толщи С22 как водоупора теряется.

Наибольшей закарстованностью отличаются известняки C1 и C3. Область разгрузки карстовых вод тяготеет к основным базисам эрозии бассейна (долинам широтных рек). Особенно водообильны известняки С12 в северной части Главной антиклинали (удельный дебит до 7,8 л/сек). Притоки воды в шахты Северо-Кизеловского месторождения достигают 1500—2000 м3/ч.

Литологические особенности угленосной толщи предопределяют существование ряда водоносных горизонтов, но благодаря трещиноватости водоупоров эти горизонты связаны друг с другом. Наиболее мощные водоносные горизонты приурочены к кварцевым песчаникам 3, 5 и 7-й свит, водоносность которых на различных участках весьма различная и зависит от степени трещиноватости и тектонической нарушенности пород. Обычно притоки из отложений C1 невелики, не выше 200 м3/ч. В тектонически напряженных участках водоносность С1 увеличивается в несколько раз.

Нa основании изучения химизма подземных вод угленосной толщи Кизеловского бассейна группой гидрогеологов треста Кизелуглегеология выделяются следующие типы вод:

Гидрокарбонатно-кальцево-магниевые. Воды данного типа отличаются преимущественным содержанием бикарбонатных соединений кальция и магния к характерны для карстовых вод.

Гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево магниевые. К этому типу относятся смешанные воды угленосной толщи и визе, характерные для верхних горизонтов шахт.

Сульфатно-кальциево-магниевые. Это типично кислотные шахтные воды, характеризующаяся повышенной минерализацией и преимущественным содержанием сернокислых железистых и бикарбонатных соединений кальций к магния.

Приведенные типы подземных вод бассейна указывают на взаимосвязь вод угленосной толщи и визе. Данное обстоятельство не позволяет детально проследить изменения химизма вод угленосной танин.

Некоторые пробы воды C1 отличаются повышенным содержанием калия и натрия, достигающим соответственно 4 и 9 мг/л.

Горногеологические условия вскрытия и эксплуатации месторождений сложны, вследствие значительной глубины разработки, высокой крепости вмещающих пород и угля, большого притока воды, кислотности шахтных вод, выделения горючих газов к случаев самовозгорания угля.

Наиболее глубокие тахты, расположенные на Главной антиклинали. опасны по пыли, газу и выбросам угля. Появление метана в значительной мере связано и с нефтеносностью вмещающих пород. Скопления твердых битумов и жидкой нефти обнаружены, например. в шахте № 2.

Состав и распределение природных газов Кизеловского района. Состав газов угольных пластов и пород угленосной толщи имеет существенные различия.

Газы угольных пластов представлены тремя главными компонентами, а именно: метаном, углекислым газом и азотом, причем в их распределении в вертикальном разрезе и по площади бассейна наблюдается определенная зональность.

В наиболее благоприятных геологических условиях развиты четыре газовые зоны (по Г.Д. Лидину); азотно-углекислая, азотная, азотно-метановая и метановая (западное крыло Главной антиклинали). Выделение зон основано на относительном содержания главных газовых компонентов: в зоне азотно-углекислых газов N2 меньше 80%, СО2 больше 20% и CH4 — 0%, в зоне азотных газов N2 больше 80%, СО2 < 10% и CH4 до 20—30%; в зоне азотно-метановых газов CH4 от 20—30 до 70—80% и в метановой зоне СН4 больше 70—80%. Содержание главных газовых компонентов в угольных пластах бассейна приведено в табл. 46.

Из таблицы следует, что содержание главных газовых компонентов в угольных пластах отдельных геологических структур бассейна различное и обусловлено влиянием определенных геологических факторов.

В пределах северной части Главной антиклинали развиты зоны азотно-углекислых, азотно-метановых и метановых газов.

Зона азотно-углекислых газов в данном участке распространена по падению пластов на протяжении 2500 м в условиях пологого погружения антиклинали (углы падения 8—30°), протяженность зоны по пласту уменьшается до 700—800 м к западному крылу структуры (увеличение углов падения до 40—50°). Нижняя граница проходит в основном на глубинах 250—300 м по вертикали и в сглаженной форме повторяет выходы пластов на земную поверхность.

Зона азотно-метановых газов в северной части Главной антиклинали имеет протяженность по падению пластов до 800 м в замковой части структуры, уменьшаясь в юго-западном направлении до 400 м. Нижняя граница азотно-метановых газов проходит на глубине 400 м по вертикали.

Аналогичные геологические закономерности в распределении газов отмечаются также и по другим структурам, что видно из табл. 46.

Наряду с указанными газовыми компонентами иногда в виде следов встречаются водород и тяжелые углеводороды. Более часто они наблюдаются в пробах рудничного воздуха и в составе растворенных газов.

Главные компоненты газов вмещающих пород — азот, метан, угекислый газ и отчасти водород. Возможно присутствие тяжелых углеводородов, особенно в нижней части угленосной толщи. Содержание основных газовых компонентов в породах угленосной толщи составляет: азота от 14,9 до 95,7% (0,004—0,24 см3/г породы), в среднем 59%: метана от 0,6 до 78,3% (0,007—0,32 см3/г породы), в среднем 32%; углекислого газа от 2,9 до 21,7% (0,01—0,02 см3/г породы), в среднем 9% и водорода 0,3—0,4%.

Наибольшим содержанием метана отличаются углистые аргиллиты и алевролиты (0,27—0,32 см3/г породы) и значительно меньшим — песчаники (0,04—0,07 см3/г породы) и аргиллиты (0,02—0,05 см3/г породы). По мере удаления от контакта с угольными пластами метанонасыщенность пород уменьшается.

Одна из особенностей бассейна — наличие нефтегазопроявлений из турнейских и верхнедевонских отложений. Нефтегазопроявления наблюдаются по западному крылу Главной антиклинали и имеют место при проведении ряда капитальных выработок шахт. Наиболее интенсивно нефтегазопроявления наблюдаются в верхней части турнейских отложений, представленных переслаивающимися черными глинистыми известняками и известковистыми аргиллитами. Частично нефть и газы встречаются в нижней части угленосной толщи.

Выделения нефтяных газов имеют суфлярный характер подчас продолжительного действия. Скопления газов локальные и приурочены к мелким антиклинальным складкам и участкам повышенной трещиноватости. Состав газов типично углеводородный.

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