Донецкий бассейн

07.11.2020

Донецкий бассейн находится на юге европейской части бывш. СССР в пределах Днепропетровской. Донецкой и Луганской областей Украины и Ростовской области России. В широтном направлении он протягивается почти на 1000 км, максимальная ширина достигает 200 км.

Еще совсем недавно площадь угленосных отложений составляла около 25 тыс. км2 (Старый Донбасс). В настоящее время работы вскрыли глубоко залегающие угленосные отложения на новых площадях в Западном, Восточном и Северном направлениях и том самым расширили границы бассейна до 60 тыс. км2 («Большой Донбасс»), из них 23 тыс. км2 приходится на облаженную часть в пределах старого контура бассейна.

История геологической изученности. Первые сведения о геологическом строении Донбасса и первые попытки добычи каменных умей связаны с экспедицией Петровской Берг-коллегии во главе с известным рудознатцем Г.Г. Капустиным. Начало промышленного освоения Донецкого бассейна относится к 1795 г. — времени образования Луганского металлургического завода.

В 1864—1869 гг. были составлены русскими инженерами братьями Носовыми, Л.С. Желтоножкиным и др. первые геологические карты в масштабе 1:126000, а на основании этих карт в 1872 г.— геологическая карта всего бассейна в масштабе в 1 дюйме 10 верст. Эти работы были продолжены группой геологов под руководством акад. Ф.Н. Чернышева. Затем руководство работами по картированию возглавили Л.И. Лутугин и Н.О. Лебедев. Составленные им геологопромышленные карты всего Донбасса в масштабе 1:42000 не потеряли своего значения до настоящего времени и явились основой последующего геологического изучения бассейна. Основная роль в этой работе принадлежала Л.И. Лутугину, разработавшему широко известный в настоящее время лутугинский метод составления геологических карт.

Составление карт, получивших название «лутугинских планшетов» производилось группой геологов Геологического комитета, в состав которой входили: П.И. Степанов, Н.А. Родыгин, А.Д. Ганеев, В.И. Яворский, Н.Н. Яковлев, Б.Ф. Мефферт, Б.К. Лихарев, С.В. Кумпан, Н.Н. Славянов и В.И. Соколов

Особенно широко были развернуты геологоразведочные и научно-исследовательские работы после Октябрьской социалистической революции. Были уточнены стратиграфия и тектоника бассейна и проведена детальная инструментальная геологическая съемка основных угленосных районов в масштабах 1:5000 и 1-2500, выполнены обширные геофизические и гидрогеологические исследования, составлена геолого-углехимическая карта бассейна.

В 1932 г. акад. П.И. Степановым была выдвинута гипотеза Большого Донбасса. Сущность проблемы Большого Донбасса, по П.И. Степанову, заключалась в том, что Старый Донбасс является лишь частью огромного угленосного массива, окраинные зоны которого погребены под толщей более молодых неугленосных отложений. Отыскать эти скрытые части угленосного массива т.е. определить его истинные размеры и составляло важнейшую задачу поисковых и разведочных работ.

За время изучения Большого Донбасса стало ясно, что эта проблема касается не только угля, но и многих других полезных ископаемых: нефти, газа, соли, минеральных вод. Выполненными работами подтверждена гипотеза П.И. Степанова и были значительно расширены границы промышленной угленосности.

Несмотря на успешные результаты исследований, проблема Большого Донбасса требует дальнейшего проведения работ по оконтуриванию границ бассейна, уточнению стратиграфии и изучению закономерностей распределения угленосности.

Стратиграфия. Комплекс угленосных отложений мощностью 10000—12000 м, от палеозойского до третичного возраста включительно, залегает несогласно и с размывом на изверженных и метаморфических породах докембрия.

Докембрийские породы, являющиеся фундаментом осадочной толщи, вскрываются на юго-западе бассейна, в Приазовской части Украинского кристаллического массива и к северу от Донбасса. Представлены биотитовыми гнейсами, рогово-обманково-пироксеновыми породами, интрузиями порфиритов и базальта, гранитами, сиенитами и другими щелочноземельными породами.

Девонские отложения. Наиболее древними осадочными породами являются верхнедевонские, состоящие из трех серий с различным литологическим составом и цветом пород. Нижняя серия или свита названа «белым девоном» (Д3а), средняя — «бурым девоном» (Д3в) и верхняя — «серым девоном» (Д3о). По С.В. Тихомирову, началу серого и бурого девона предшествовали небольшие перерывы. Породы девонского возраста представлены песчано-глинистыми сланцами, песчаниками и в меньшей мере известняками. Общая мощность девонских отложений достигает 750—900 м.

Каменноугольные отложения представлены осадками нижнего, среднего и верхнего карбона. Общая мощность каменноугольных отложений постепенно увеличивается в направлении с запада на восток и от окраин к центру бассейна от 4000 до 12 000 м. Все три отдела карбона по характеру слагающих их пор и сравнительно сходны между собой и представлены континентальными, переходными от континентальных к морским отложениями.

В основании каменноугольных отложений залегают глинисто, известняковые породы, переходящие в толщу сплошных известняков мощностью до 350 м. Последние перекрываются огромной мощности (до 8000—8500 м) толщей песчано-глинистых пород с подчиненными им известняками и угольными пластами.

По современной стратиграфической схеме карбон расчленяется на 15 свит. Каждая свита, а также слагающие ее пласты известняков и углей обозначены последовательно буквами латинского алфавита (табл. 51). К каждой букве для обозначения порядкового номера известняка или угля добавляется снизу соответствующая цифра. Например, H3 означает, что это второй снизу известняк свиты C2а a h6 — шестой снизу пласт угля этой же секты и т. д.

Для углей нижнего карбона крайней Западной части бассейна принята несколько иная система буквенных обозначений.

Нижний карбон (C1) представлен всеми тремя ярусами — турнейским, визейским и намюрским. Мощность отложений нижнего карбона изменяется от 1300 до 3000 м. По р. Кальмиус весь турнейский ярус и нижняя часть визейского яруса сложены известняками мощностью 300—550 м. Выше по разрезу известняки сменяются мощной (2500 м) толщей песчано-глинистых отложений с редкими тонкими пластами угля и известняка, из которых нижняя часть (около 1000 м) относится и визе, а верхняя — к набору. Граница между нижним и средним карбоном принимается по почве известняка F1.

Угленосность (в Старом Донбассе) проявляется главным образом в верхней части разреза визейских отложений, а в юго-западных и западных районах бассейна она переходит в рабочую.

В западной части Большого Донбасса нижний карбон характеризуется меньшим развитием морских фаций и значительной угленосностью, которая начинается со свиты C12. Наиболее полно развита в свите C13, где угли составляют — 2% всего разреза этой свиты.

Средний карбон (C2) разделяется на два яруса: башкирский и московский. Общая мощность отложений среднего карбона 2200—7000 л.

Среднему карбону соответствует максимальная угленосность. Литологически он сложен преимущественно песчано-глинистыми отложениями с подчиненными пластами известняков и углей. Мощность отдельных пластов известняка 0,50 м, а на востоке бассейна — до 5—10 м и более. Мощность известняков увеличивается в северо-восточном направлении. Для южных и югозападных районов характерно уменьшение мощности известняка и полное выклинивание многих их слоев (рис. 49).

Терригенные породы — аргиллиты, алевролиты (глинистые и песчаные сланцы) и песчаники — занимают до 90—98% всей толщи.

Каждая из свит (от С21 до С27) характеризуется своими особенностями состава пород, но во всех из них наибольшее место в разрезе (56—78%) занимают аргиллиты и алевролиты, затем следуют песчаники (19—39%). а затем известняки, а иногда и угли.

Свойственная Старому Донбассу и его восточному продолжению непрерывность отложений карбона в западной части Большого Донбасса нарушается. Наряду с сокращением мощности отдельных свит здесь наблюдаются размывы угленосной толщин выпадение отдельных частей ее разреза.

Верхний карбон (C3) слагается тремя свитами: C31(N), C32(O) и С33(P).

Отложения верхнего карбона мощностью 600—2500 м залегают без перерыва на осадках среднего карбона и сложены мощными песчано-глинистыми толщами с тонкими слоями известняков.

Угленосность верхнего карбона невысокая. Известны редкие маломощные угольные прослойки, некоторые из них достигают рабочей мощности.

Верхний карбон заканчивается песчаной толщей араукаритовой свиты C33(P). В составе свиты, кроме мощных аркозовых песчаников, имеются красные, зеленые и серые песчано-глинистые породы. Среди последних залегают до десяти слоев маломощных, иногда доломитизированных известняков и несколько нерабочих прослойков угля.

Граница между верхним карбоном и пермскими отложениями проводится по нижней части толщи медистых песчаников над последними слоями со стефанской флорой.

В изменении мощности, состава и физических свойств пород карбона наблюдаются определенные закономерности. Наиболее отчетливо они выражены в Старом Донбассе, но имеют также место и на остальной части бассейна.

Мощность каждой из свит угленосной толщи по направлению на запад от центральных районов Старого Донбасса уменьшается, на восток — увеличивается. В поперечном разрезе наибольшая мощность приходится на осевую часть бассейна — Главную антиклиналь, к северу и югу от нее общая мощность угленосной толщи уменьшается.

Изменение фациального состава угленосной толщи наблюдается для среднего карбона особенно четко также с запада на восток. По мере перехода от западной части Донбасса к востоку и северо-востоку известняк составляет 10—15% разреза против 1% и менее (см. рис. 49). В Старом Донбассе в разрезах северных районов известняки играют заметно большую роль, чем о южной части соответствующего поперечного разреза для западных районов Большого Донбасса.

Пермские отложения. Представлены тремя толщами нижней перми (P1) и покрываются красноцветными песчано-глинистыми отложениями проблематично верхней перми (P1). Общая мощность 2000—2500 л.

P1gn — толща медистых песчаников мощностью 500—1000 м в основном сложена красными глинистыми и алевролитовыми породами, чередующимися с песчаниками, содержащими вкрапления азурита и малахита.

Р1c — гипсово-доломиговая толща мощностью до 800 м состоит из чередующихся слоев глин, гипсов, песчаников и доломитизированных известняков.

P13 — соленосная толща мощностью до 600 м сложена слоями глин, ангидрита, гипса и каменной соли. В верхних слоях толщи залегают тонкие прослои известняка с морской фауной.

Слои медистых песчаников вместе с вышележащей гипсоводоломитовой толщей соответствуют швагериновому горизонту других районов.

Р22 — красноцветные слои конгломератов с галькой пород перми и верхнего карбона, песков, песчаников и глин, покрывающие соленосную толщу. Слои налегают трансгрессивно и трудно отделимы от слоев триаса, к которым они, возможно, в относятся.

Отложения пермской системы развиты в западных районах Бухмутской и Кальмиус-Торецкой котловин, на северо-западной в северо-восточной окраинах бассейна. Следует полагать, что пермские отложения, за исключением соленосной толщи и вышележащих красноцветов, перекрывали весь Донбасс.

Триасовые отложения. Относятся к ветлужскому ярусу нижнего триаса и представлены континентальными и лагунными пестроцветными, красно-зелеными песчано-глинистыми слабоизвестковистыми породами и своеобразными хемогенными сростковидными и известковыми стяжениями, скопляющимися местами в отдельные пласты, и так называемыми «сахаровидными» песчаниками.

Эти отложения налегают несогласно на различные горизонты размытой складчатой поверхности палеозоя на северо-западе и севере до свиты C25 включительно, а на юго-западе — до вepxoв С1, чем определяют возраст основной тектонической фазы Донбасса. Мощность отложений триаса 100—200 м.

Триасовые отложения известны в западных, северо-западных и северных районах бассейна.

Юрские отложения. Известны на северо-западной окраине, а также на юго-западе и крайнем северо-востоке бассейна. В районе г. Изюма мощность юрских отложений достигает 350 м. Залегают они трансгрессивно без заметного углового несогласия на триасе и представлены вверх: 1) морскими песчано-глинистыми осадками верхнего лейаса, бата и нижнего байоса; 2) континентальными отложениями с флорой верхнего байоса и нижнего келловея и 3) морскими известняками верхнего келловея, оксфорда и кимериджа, покрытыми пестроцветной песчаной континентальной толщей.

Внутри юрских отложений установлено три перерыва. Между верхним и нижним келловееы наблюдается угловое несогласие.

Меловые отложения представлены осадками верхнего отдела (Cr2) мощностью 400—500 м. Залегают трансгрессивно после большого перерыва на предшествовавших отложениях.

Нa песчаных, непостоянных слоях сеномана, залегающих в основании мела, трансгрессивно и несогласно залегают слои турона и коньяка, представленные чистым белым известняком и мелом с черными кремнями, ракушечником, галечником; выше по разрезу — толща сантона, состоящая из серо-зеленых мергелистых глин и светло-серых мергелей; затем слои компанского яруса, сложенные в основании чистым белым мелом и мергелем. Толща завершается отложениями Маастрихта, состоящими преимущественно hi песчаных мергелей. На северной окраине обнаружены маломощные слои, возможно относящиеся к самой верхней части верхнемеловой толщи — датскому ярусу.

Отложения верхнего мела, вероятно, перекрывали весь бассейн. за исключением небольшой площади в центральной части Донецкого кряжа. В настоящее время они сохранились главным образом на северной, южной и северо-западной окраине бассейна.

Палеогеновые отложения. Сохранились лишь на водораздельных площадях Донбасса, где они трансгрессивно залегают на размытой поверхности осадков карбона и мезозоя. Осадки палеогена представлены кварцитами, песчано-глинистыми слоями и глинистыми мергелями общей мощностью 60—100 увеличивающейся на северо-восток до 150—200 м.

Четвертичные отложения широко развиты на всей территории Донбасса. Представлены лёссовидными делювиальными суглинками на водоразделах и склонах и аллювием в речных долинах. Большие площади занимают три песчаные левобережные террасы р. Северный Донец, аналогичные террасам Днепра и Дона.

Вулканизм. Вулканическая деятельность в течение формирования осадочной толщи проявлялась главным образом вдоль юго-западной и южной границ бассейна, тяготея к основному магматическому очагу Приазовского кристаллического массива и южным разломам.

Жильные и пластовые интрузии, главным образом основных пород, относящиеся ко времени основной тектонической фазы конца палеозоя, известны в южных районах среди отложении нижнего н среднего карбона до свиты С25 включительно. Некоторые из жил прорывают угольные залежи и выявлены горними разработками или буровыми скважинами.

Вулканическая деятельность возобновилась в последующие стадии, особенно в послеюрское время (киммерийская фаза) и послемеловое время (ларамийская фаза), что обнаружено к западу от Донбасса в Исачках.

Жилы кварца среди пород карбона образовались в результате выпадения его из водных растворов, циркулировавших в трещинах. Кварцево-анкеритовые жилы с полиметаллами Нагольного кряжа, кварцевые жилы с крупными кристаллами горного хрусталя и ртутное оруденение в районе Никитовки связаны с гидротермальными и поствулканическими процессами, протекавшими в ядре Главной антиклинали Донбасса.

В отложениях нижнего карбона юго-западной части Донецкого района обильны межпластовые интрузии.

Тектоника. Донецкий бассейн в структурном отношении представляет собой крупный синклинорий, образовавшийся в пределах юго-восточной части краевого прогиба, расположенного между Воронежской антеклизой и Украинским кристаллическим массивом (рис. 50). Он вытянут почти в широтном направлении и осложнен системой складчатых структур, основные формы которых подчинены главным контурам синклинория.

В центральной части бассейна сосредоточены крупные простые складки, по северной и южной окраинам развиты более мелкие структуры, сменяющиеся на севере пологой моноклиналью.

В пределах Донецкого кряжа, почти в средней части бассейна, с запада — северо-запада на восток — юго-восток протягивается Главная антиклиналь, ось которой, как и оси сопряженных с ней крупных структур, несколько приподнята в районе Нагольного кряжа. Эта геологическая структура характеризуется преимущественно крутыми углами падения крыльев с почти симметричным их строением.

К северу от Главной антиклинали развита Главная синклиналь, разделенная в результате поднятия оси в районе Ровеньков на восточную и западную части. Западная часть образует с постепенным погружением Боково-Хрустальскую синклиналь, переходящую далее в широкую и сложно построенную Бахмутскую котловину. Восточная часть образует Должано-Сулинскую синклиналь, переходящую в Садкинскую котловину. Углы падения слоев в пределах этих структур различны, но преобладают пологие и наклонные (до 40%).

Для северо-западного замыкания Бахмутской когловины характерны купольные структуры: Петровский, Славянский, Корульский, Краснооскольский и другие купола.

К северу от Главной синклинали проходят структуры: сложно построенная Северная антиклиналь, и далее на север полоса мелкой складчатости — разнообразные синклинальные и антиклинальные складки, расчлененные сложной системой надвигов (рис. 51). Эта полоса мелкой складчатости карбона в значительной части перекрыта меловыми отложениями. Наиболее крупные синклинальные структуры: Луганская, Красная (Лутугинская), Успенская, Ореховская, Новосветловская, Петровская, Суходольско-Гундоровская, Дуванская, Горняцкая, Быстрянская. На востоке бассейна между северной антиклиналью и полосой мелкой складчатости появляются крупные синклинали: Белокалитвенская, Северодонецкая и Краснодонецкая. Углы падения слоев угленосных отложений в пределах складок большей частью не превышают 30э, реже 40° и более.

Между Северо-Донецким и Марьевским надвигами северной складчатой полосы расположены небольшие купола: Кременской, Лисичанский, Матросский, Волчеярский.

На северной окраине бассейна наблюдается постепенный пологий подъем слоев карбона и мезозоя в сторону Воронежской антеклизы. От складчатой зоны моноклинально залегающий карбон отделяется узким прогибом, где мощность меловых, третичных и четвертичных отложений несколько выше.

Крупные региональные надвиги северной окраины подчинены общей закономерности. По наклонным на юг (под углом 20—60°) плоскостям происходило перемещение масс с юга на север с амплитудой надвигов, достигающей 1—2 км. Наиболее значительные надвиги северной окраины (Криворожский, Алмазный, Марьевский, Северо-Донецкий) простираются вдоль всего бассейна и образуют сложную сеть нарушений.

К югу от Главной антиклинали располагаются крупные синклинальные структуры: на западе Чистяковская синклиналь, являющаяся восточным замыканием большой Кальмиус-Торецкой котловины, на востоке Шахтинско-Несветаевская простирающаяся до р. Дон.

Кальмиус-Торецкая котловина к западу переходит в пологое юго-западное крыло основного синклинория бассейна. Здесь в основном развиты среднекарбоновые отложения, а на северо-запада — нижнекарбоновые. Угленосные свиты залегают с падением па северо-восток под углами до 10°.

В пределах юго-восточного крыла Кальмиус-Торецкои котловины выделяется ряд складчатых структур, из них наиболее крупные: Ясиновско-Ждановская флексура и Макеевско-Ряснянская мульда, сопряжение которых осложнено крупными надвигами. Залегание свит преимущественно наклонное (20—30°).

Чистяковская и Шахтинско-Несветаевская синклинали разделены крупным поперечным поднятием, в пределах которого вскрываются нижние свиты среднего карбона. Углы падения слоев пологие (до 10—15°), за исключением северных крыльев синклиналей. примыкающих к Главной антиклинали (30—40'').

На продолжении Шахтинско-Несветаевской синклинали за р. Дон (в восточных районах Большого Донбасса) развиты крупные брахисинклинальные складки — Новозолотовская и Висловская.

Угленосная толща с рабочими пластами угля вскрыта скважинами в Сальских степях и у ст. Куберле ж. д. Тихорецкая — Волгоград, где на глубине 320 м встречен пласт антрацита.

Южнее Чистяковской и Шахтинско-Несветаевской синклиналей, которые в комплексе носят название Южной синклинали, отмечается антиклинальное поднятие, наиболее отчетливо выраженное на западе в виде Зуевского и Амвросиевского куполов, К востоку и югу от них структурные элементы бассейна и сочленение его с юго-восточной частью Украинского кристаллического массива выяснены недостаточно. Здесь установлен прогиб, выполненный меловыми и третичными отложениями мощностью в восточной части до 800 м и более, залегающими на породах карбона и кристаллического массива.

В юго-восточном направлении каменноугольные отложения погружаются под все увеличивающуюся толщу отложений мелового и третичного возраста и, по-видимому, вовлечены в Предкавказский прогиб, где на глубине более 2000—2500 м представлены сильно измененными породами (до состояния метаморфизованных сланцев). Они пересечены глубокими скважинами при поисках нефти и газа (район р. Маныч, Песчанокойская, Минская и другие скважины).

По А.Я. Дубинскому, южная геологическая граница Донецкого прогиба в его восточной части проходила южнее Азовской части Украинского кристаллического массива, т. е. уже в области Приазовской депрессии и северо-западного Предкавказья.

По мере перехода с запада на восток ось наибольшего погружения постепенно спускается к югу от современного положения Главной антиклинали и в Шахтинско-Несветаевском районе она располагается южнее г. Шахты и, возможно, даже отвечает положению Азовской части Украинского кристаллического массива, погруженной сейчас под мощными накоплениями мезокайнозоя северо-западного Предкавказья.

Дизъюнктивные дислокации в Донбассе выражены различного рода нарушениями. В юго-западной и южной краевой части бассейна, в отличие от северной, преобладают сбросы, связанные с глыбовой тектоникой кристаллического основания. Надвиги развиты в толще среднего карбона в пределах южного крыла Кальмиус-Торецкой котловины. Наиболее крупные из них: Французский, имеющий северо-западное падение (30—45°) и амплитуду до 400—600 м, Итальянский, Тимошенко и др.

Образование огромной осадочной толщи карбона и перми явилось результатом сложного процесса многочисленных колебательных движений при общем опускании Донецкого прогиба. Все палеозойские осадки представлены чередованием мелководных морских (лагунных) и континентальных фаций. Чередование осадков различного состава и фаций происходило в довольно спокойной обстановке гармонических движений с редкими внутриформационными размывами.

Изменение мощностей продуктивных свит происходит закономерно, с пропорциональным возрастанием от периферии бассейна к Главной антиклинали и вдоль последней с запада на восток.

Ha картограмме изменения мощности свиты С25 (рис. 52), четко вырисовываются области наибольших прогибаний и накоплений осадков. Расположение изопахит остальных свит дает аналогичную картину.

По представлению большинства исследователей, осадочная толща формировалась в краевом прогибе, возникшем в южном крае платформы по границе с древнегерцинской геосинклиналью. Эта геосинклиналь располагалась к югу от Донбасса и после ее инверсии в девоне (с превращением в сушу) являлась в течение карбона и перми источником сноса терригенного материала, заполнившего прогиб Большого Донбасса. Краевой прогиб является частью геосинклинали в заключительную стадию ее развития, поэтому бассейн относится к геосинклинальному типу.

Проявление первой мощной тектонической фазы, завершающей герцинский тектогенез и положивший начало образованию почтя всех современных форм бассейна, относится к концу перми — началу триаса (так называемая пфальцская фаза). Этой фазой заканчивается палеозойская геосинклинальная стадия прогибания бассейна, и его площадь претерпевает постепенный подъем и размыв сопровождающиеся неглубокими опусканиями с накоплением осадков мезозойских и кайнозойских пород.

Последующие тектонические движения шли в направления дальнейшего развития и осложнения основных тектонических форм, заложенных в конце палеозоя, т. е. носили характер преимущественно унаследованных, постумных движений.

В мезозое и кайнозое в Донецком бассейне отмечаются следующие фазы тектонического развития: киммерийская в начале мелового периода, ларамийская в конце мелового — начале третичного и савская — послеолигоценовая.

Особенно резко выражена ларамийская тектоника вблизи границ обнаженного карбона на севере, северо-западе и юге бассейна. В направлении, характерном для более древних складок, молодые складки развивались унаследованно, причем развивались на размытых, приподнимаемых в результате дополнительного сжатия крыльях синклиналей карбона. Слабые антиклинальные поднятия наблюдаются также на пологих донных частях синклиналей.

По тем же линиям развивались, также унаследованно, основные региональные надвиги в течение последующих тектонических движений. Примером может служить Марьевский надвиг на севере бассейна с амплитудой 1600 м, при этом на наиболее молодые движения приходится окаю 50 м, на ларамийские — около 250 м, в на более древние тектонические движения — около 1300 м.

Некоторые остаточные тектонические движения эпейрогенического порядка были и в четвертичный период. Эти движения способствовали, например, формированию террас Северного Донца, поднятию основного массива Донецкого кряжа и одновременному опусканию его окраин (особенно северной). Медленные поднятия и опускания продолжаются и в настоящее время.

Угленосность. Вся толща отложений карбона от визейского яруса свиты С12 до С33 в той или иной мере угленосна и содержит по 300 пластов и пропластков угля.

На основной площади бассейна пласты рабочей мощности сосредоточены главным образом в четырех угленосных свитах среднего карбона: С23 — смоляниновской (пласты угля от h1 до h7), C25 — каменской (K1—K8), С26 — алмазной (I1—I8) и C27 — горловской (m1—m9); наиболее угленасыщенные из них средние свиты и C26. На востоке Донбасса значительную угленосность приобретает и свита C24 — несветаевская (i1— i3).

В западных и юго-западных районах установлена рабочая угленосность нижнего карбона в свите C13(C1vh) визейского яруса. Для остальных районов угленосность свиты С13 не имеет практического значения, ввиду значительной глубины залегания угольных пластов. На площадях развития переходных отложений между Донецким и Подмосковным бассейнами угленосность нижнего карбона известна в районе городов Старый Оскол и Обоянь. Возможно ее выявление на северной полосе простирания нижнего карбона.

Из 300 угольных пластов и пропластков Донбасса при общем подсчете геологических запасов учитывалось 164 пласта мощностью от 0,3 м и выше. Около 100 пластов характеризуются мощностью 0,45—2,5 м. К западу количество пластов уменьшается, мощности же их увеличиваются. Большинство рабочих пластов угля имеет мощность от 0,45 до 1,2 м, некоторые пласты — до 1,5 м и единичные пласты 1,8—2,5 м; средняя мощность рабочих пластов составляет 0,7 м. В отдельных районах количество рабочих пластов угля основных угленосных свит достигает 59 (Донецко-Макеевский район) и уменьшается до 12 (Белокалитвенский район).

Коэффициент рабочей угленосности продуктивной толщи составляет в среднем 0,77.

Углеплотность до глубины 1800 л на 1 км2 составляет в среднем около 4 млн. т.

Количество рабочих пластов угля закономерно уменьшается в восточном и северном направлениях по мере удаления от древней сущи карбона к открытому морю. В этом же направлении происходит расщепление угольных пластов, с утонением и выклиниванием отдельных пачек. Некоторые пласты угля имеют сложное строение, состоят из нескольких (чаще двух или трех) пачек, разделенных преимущественно глинистыми, реже песчанистыми прослоями.

Многие пласты имеют простое, однопачечное строение. В кровле пластов залегают аргиллиты (глинистые сланцы), иногда алевролиты или песчаники, редко известняки (непосредственно на угле или отделенные от него небольшим прослоем аргиллитов).

Почва пластов угля глинистая или песчано-глинистая, имеет неслоистую комковатую текстуру, вследствие переполнения стигмариями, что служит доказательством автохтонного происхождения пластов угля. Иногда стигмарневый слой, называемый в Донбассе «кучерявчиком», отделяется от угля прослоями углисто-глинистых пород, переполненных обуглившимися остатками растений.

Кровля — отчетливо слоистая с отпечатками листьев растений особенно папоротников, расположенных в плоскости наслоения, или мелких двустворчатых раковин — пелеципод (антракозит), также лежащими в плоскостях наслоения. Прослои пород в пласте редко имеют остатки корневищ и также сложены слоистыми порадами. Иногда пачки угля тонко переслаиваются углистым или углисто-глинистым сланцем и превращаются в расслоенный глинистой породой уголь («черепику»).

Основное свойство большинства донецких пластов угля — относительно постоянная рабочая мощность их на значительных площадях. Некоторые пласты имеют рабочую мощность в нескольких смежных районах, а наиболее устойчивые пласты m3, l8, l6, k8, k3, i2, h10 распространены почти по всему бассейну.

Качество углей. Донбасс обладает различными углями — от бурых до антрацитов (рис. 53).

Угли среднего и верхнего карбона относятся к гумусовым, образовавшимся в основном из остатков древесинных и паренхимных частой растений (продукты разложения лигнинно-целлюлозных тканей). Среди петрографических компонентов углей преобладают клярен и витрен, дюрен и фюзен имеют подчиненное значение. Участие спор и смоляных телец в составе материнского вещества углей незначительно. Сапропелитовые разности углей встречаются в виде отдельных линз и прослоев, преимущественно в верхних пачках пластов.

Угли нижнего карбона отличаются по своему составу от углей среднего и верхнего карбона. По типу они близки к споровым дюреновым и кларено-дюреновым углям со значительным содержанием почти непрозрачной основной массы фюзенизированных тканей (10—40%), пониженным содержанием гелифицированного вещества (40—60%) и кутинизированных компонентов (15—35%). Характерно весьма высокое содержание спор — (до 35%), а также увеличение содержания фюзенизированных компонентов но направлению к западу.

В кровле пластов встречаются линзовидные прослои (от 1,5 до 10 см) сапропелевых углей, в редких случаях они слагают небольшие пласты.

В западных районах в нижнем карбоне обнаружены липтобиолитовые разности, залегающие в виде тонких прослоев в пластах, сложенных гумусовыми углями. В преобладающем большинстве случаев липтобиолиты почти целиком состоят из микроспор и редко из макроспор.

До 1956 г. каменные угли Донбасса разделялись на шесть марок: Д. Г, ПЖ, К, ПС и Т, различающихся по выходу летучих веществ и характеру лабораторного кокса (табл. 52).

Новая маркировка донецких углей незначительно отличается от прежней: марки Т, ПС, К и ПЖ старой классификации в основном соответствуют маркам Т, ОС, К, КЖ и Ж новой классификации.

По новой классификации показателем марочного состава каменных углей, кроме выхода летучих веществ и характера коксового королька, является толщина пластического слоя (у), что позволяет относить к этим маркам большую часть легкоплавких и хорошо спекающихся углей нижнего карбона независимо от выхода летучих. Этот показатель для марок Г и ОС составляет от 6 до 15 мм, для средней части рада — от 8—20 до 25 мм и больше.

Антрациты в зависимости от объемного выхода летучих веществ разделяются на две марки: А и ПА.

Угли Донбасса подразделяются на сильновосстановленные и маловосстановленные. Первые отличаются при равной степени метаморфизма несколько повышенным выходом летучих веществ, лучшей спекаемостью и обычно повышенным содержанием серы.

Элементарный состав углей различных марок (%) приведен в табл. 53.

Среднее содержание золы на абсолютно сухое вещество в большинстве угольных пластов 7—15%. Углей с зольностью менее 7% мало.

По содержанию серы угли бассейна делятся на четыре группы: малосернистые с содержанием до 1,5 % (в среднем 1 %), среднесернистые — 1,5—2,5% (в среднем 2%), повышенносернистые — 2,5—3,5% (в среднем 3%) и многосернистые с содержанием серы свыше 3,5 %.

Зольность и содержание серы в углях Донбасса имеют стратиграфическую и географическую закономерность. По северной окраине бассейна преобладают угли среднесернистые и повышенносернистые. Мало- или среднесернистые угли отмечаются в нижнем карбоне (с содержанием серы 1—2%). Увеличение содержания серы в углях происходит в северо-восточном направлении, т. е. в том же направлении, в котором в угленосной толще происходит увеличение количества и мощности известняков и морских фаций.

По обогатимости большинство угольных пластов бассейна относятся к легко- и среднеобогатимым. При обогащении углей содержание серы в углях снижается примерно на 20%.

Содержание фосфора в углях Донбасса обычно невелико (0,01—002%) и для технической оценки не определяется.

При сухой перегонке угли пластов среднего и верхнего карбона дают выход смол 8—17%, угли нижнего карбона — 13—24%.

Все угли среднего карбона, кроме повышенно- и многосернистых, на средних ступенях метаморфизма относятся к высококачественным коксующимся углям. Газовые угли в шихте с углями отощенных марок дают хороший металлургический кокс. Особенно ценны для коксования угли марок ОС, К, КЖ и Ж, широко используемые коксохимической промышленностью.

Благодаря повышенному содержанию спорового легкоплавкого вещества газовые угли нижнего карбона большей частью применяются в качестве добавки в шихте для получения высококачественных сортов кокса.

Глубина зоны выветривания углей, которая на водоразделах достигает глубины 30—40 л, влияет на свойства углей — они становятся рыхлыми, негодными для сжигания или переходят в сажу «своеобразный продукт совместного выветривания угля и вмещающих глинистых и известковистых пород кровли и почвы («меловку»). Для коксующихся углей зона окисления практически распространяется до глубины 70—80 м по вертикали, так как до этого уровня угли обычно характеризуются пониженными коксующимися свойствами.

Метаморфизм углей. Изменение степени углефикации Донецкого бассейна в основном объясняется региональным метаморфизмом, хотя следует допустить и контактовый метаморфизм. Наиболее четко степень метаморфизма углей проявляется в выходе летучих веществ, который снижается в вертикальном стратиграфическом разрезе отложений бассейна (правило Хильта) примерно на 1% через каждые 100 м разреза, за исключением высокометаморфизованных углей марок T и А. На площади Старого Донбасса изменение выхода летучих веществ в углях по отдельным пластам переход их в последовательном порядке от марок Д, Г, Ж, КЖ, К, ОС, Т, ПА к антрацитам в основном совпадает с направлением увеличения мощности свит карбона.

Однако прямая связь закономерного увеличения метаморфизма углей с увеличением мощности угленосных свит иногда нарушается. Так, на северном крыле Главной антиклинали установлено увеличение степени метаморфизма с погружением угольных пластов на север, несмотря на то, что мощность свит в этом направлении уменьшается.

По В.C. Попову, зависимость качественных изменений донецких углей от мощности вышележащих палеозойских осадков позволяет определить по выходу летучих веществ приблизительную величину мощности вышележащих пород обусловившей метаморфизм углей различных марок от Д до T (рис. 54).
Донецкий бассейн

Выход летучих веществ не является характерным показатели, для антрацитов, и степень их метаморфизма, по предложению Донецкого угольного института (ДОН УГИ), может определяться удельным весом органической массы. В зависимости от этого антрациты разделяются на три группы; слабометаморфизованные (ПА—A1), средней степени метаморфизма (A2—A4) и высокометаморфизованные (A5—A6).

Изменение степени метаморфизма, установленное на площади распространения среднекарбоновых углей Старого Донбасса, наблюдается также и по его продолжении в районах Большого Донбасса.

Процесс метаморфизма влияет на все вмещающие горные породы, придавая им большую плотность и крепость, в результате чего менее плотные породы карбона сохранились в районах распространения углей марки Д, а самые плотные породы залегают в районах распространения антрацитов (рис. 55). Временное сопротивление на раздавливание песчаников карбона составляет от 50—100 кг/см2 в районах развития углей марки Д, 300—400 кг/см2 в районах развития марок Ж и К, до 1500—2000 кг/см2 в районах развития антрацитов.

Газоносность углей. В углях Донецкого бассейна содержатся следующие природные газы: метан, углекислый газ, азот, сероводород, тяжелые углеводороды, водороды и редкие газы. Основные — метан, углекислый газ и азот. Соотношение этих трех основных газовых компонентов закономерно изменяется с глубиной: содержание метана возрастает, азота в начале возрастает, а затем снижается, содержание углекислого газа с глубиной уменьшается, но в некоторых (восточных) районах возрастает в связи с магматизмом.

Для условий Донбасса выделено пять гидрохимических и газовых зон.

1. Зона азотно-углекислых газов: CO, составляет более 2%, К2 — до 80%, метан отсутствует. По существующей в правилах техники безопасности категорийности шахты относятся к категории негазовых. Воды этой зоны являются гндрокарбонатно-кальциевыми.

2. Зона углекисло-азотных газов: CO2 составляет менее 20%, N2 — более 80%, метана — следы. Шахты относятся к категория негазовых или I категории. Воды этой зоны смешанные — гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые.

3. Зона метаново-азотных газов: CH4 — менее 20%, N, — более 80%. Газообильность по метану 5—10 м3/т. Шахты I и иногда II категории. Воды по своему гидрохимическому составу являются гидрокарбонатно-сульфатно-натриевыми.

4. Зона азотно-метановых газов: CH4 — 20—80%, остальные газы в малом объеме (азот, углекислый газ). Количество метана 10—15 м3/т. Шахты относятся к III категории по газу. Воды гидрокарбонатно-натриевые.

5. Зона метановых газов: CH4 — более 80%, метанообильность свыше 10—15 м3/т. Шахты относятся к III категории или сверхкатегорийным по газу. Воды гидрокарбонатно- и хлоридно-натриевые.

Сохранение (консервация) метана происходит при следующих условиях: закрытое синклинальное и антиклинальное залегания пластов (особенно куполообразное), преобладание в разрезе угленосной толщи глинистых пород, перекрытие месторождения надвигом без брекчий н открытых трещин.

Для дегазации необходимы открытые антиклинали с размытым сводом, открытые мелкие синклинали, преобладание в толще трещиноватых пород, развитие открытых сбросов, зияющих трещин и пр.

Наибольшая метанообильность шахт выявлена в Донецко-макеевском, Чистяково-Снежнянском, Боково-Хрустальском и Центральном районах: несколько меньшая — в шахтах Селезневского, Алмазно-Марьевского. Краснодонского и Белокалитвенского районов. Слабое метановыделение наблюдается в Луганском и Красноармейском районах; наименьшее — в шахтах Лисичанского, Должано-Ровененкого и Шахтинско-Несветаевского районов (рис. 56).

По мере углубления шахт метанообильность закономерно возрастает. Это подтверждается опробованием угольных пластов глубокими буровыми скважинами. Количество метана в шахтах зависит также от условий естественной дегазации.

Основная масса метана в условиях Донбасса находится в сорбированном углем состоянии, однако в отдельных случаях этот газ (в значительных количествах) содержится в трещинах и порах вмещающих пород. На глубоких горизонтах, особенно на северной окраине Донбасса, метан находится в растворенном состоянии в соленых хлоридно-натриевых водах. На северной, северо-западной и западной окраинах бассейна, вследствие увеличения пористости пород, повышается роль пластовых коллекторных горизонтов газа.

В Донбассе, благодаря малой мощности угольных пластов и системе сплошной разработки, подземные пожары, сравнительно редкое явление. Между тем при длительном хранении на складах большинство углей, особенно многосернистых, легко самовозгорается. Быстро самовозгораются углистые породы в терриконах. Чистые малосернистые антрациты самовозгораются редко.

Гидрогеологические условия. В Донецком бассейне осадочная толща содержит многочисленные водоносные горизонты.

В продуктивной толще карбона водоносными являются песчаники и известняки, водоупорными — слон глинистых пород. Водоносность песчаников и известняков обусловлена трещиноватостью и пористостью.

Известняки даже небольшой мощности (1—3 м) дают значительные. но кратковременные притоки. Мелкотрещиноватые песчаники мощностью в несколько десятков метров являются наиболее устойчивыми водоносными горизонтами, имеют значительную область питания на поверхности, большой полезный объем, постоянный расход и служат главными коллекторами атмосферных вод.

Поступление воды в горные выработки при пересечении водоносных горизонтов стволами или квершлагами измеряется десятками, реже сотнями кубометров в час. Исключение представляют кратковременные притоки воды при пересечении выработками закарстованных известняков или сильнотрещиноватых песчаников. В этом случае приток воды достигает 1000—2000 м3/ч.

Разрывные нарушения, не имеющие самостоятельной водоносности, при отсутствии брекчий и зияющих трещин, играют роль подпоров или экранов.

Средний приток в шахту 50—100 м3/ч. Немногочисленные шахты с притоком 100—300 м3/ч считаются водообильными. Шахты с притоком 300—500 м3/ч встречаются редко.

Средний коэффициент водообильности для шахт Донбасса 2,8; по отдельным районам — 1,3—5,0. При учете всей площади, охваченной дренажем и всего притока воды в горные выработки, средний подземный приток составляет 1,5 л/сек, или 5,4 м3/ч с 1 км2 поверхности дренажа.

Шахтные воды имеют повышенную кислотность, жесткость и содержание железа, что обусловлено разложением пирита и обогащением свободной серной кислотой. В результате воды становятся агрессивными, растворяют породы (особенно карбонатные) и разъедают шахтное оборудование. Наиболее интенсивно это проявляется в Боково-Хрустальском районе.

Приток трещинных вод в горные выработки начинает уменьшаться с глубины 300 м, а ниже 600 м иногда совсем прекращается. Вместе с тем в Алмазно-Марьевском районе установлена циркуляция пластовых вод в песчаниках карбона, что связано с увеличением пористости последних.

Существенным препятствием при строительстве шахт в западных районах являются плывуны в третичных отложениях.

Геотермические условия. На основании геотермических наблюдений в глубоких шахтах к скважинах для Донбасса установлено среднее значение геотермического градиента 2,75° С на 100 м глубины, что соответствует геотермической ступени, примерно 38 м, на 1° C. Эти данные позволяют считать, что на глубине 1800 м температура составит +55° С.

Для расчета температуры глубоких горизонтов пользуются цифрами, относящимися к каждой геологической структуре в отдельности.

Во всех районах Донбасса повышение геотермического градиента связано с антиклинальным залеганием и пологим падением пород, с наличием в верхних горизонтах слоев со слабой теплопроводностью, в том числе и углей, и с отсутствием разрывных нарушений.

Решающее значение для современных геотермических условий угленосной толщи имеет неравномерное распределение по площади бассейна глубинных очагов прогрева в осадочных и изверженных породах, подстилающих угленосные образования.

Геологопромышленные и новые перспективные районы. По геологическому строению, географическим и экономическим особенностям в Донецком бассейне выделяется 24 геологопромышленных района (рис. 57). Кроме них, выделяется целый ряд новых перспективных районов, угленосность которых известна по одиночным скважинам или только предполагается.

Перспективы прироста запасов углей дефицитных марок на осваиваемых глубинах весьма ограничены и подготовка участков для нового шахтного строительства может осуществляться главным образом за счет запасов, расположенных ниже 1000—1200 м.


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