Кузнецкий бассейн

Кузнецкий бассейн расположен в южной предгорной части Западной Сибири между горными сооружениями Кузнецкого Ала-Tay и Салаирским кряжем. Протяжение бассейна с юго-востока на северо-запад достигает 330 км, ширина около 100 км, общая площадь 26 000 км2 (рис 62). По административному делению почти вся территория Кузбасса включена в Кемеровскую область России.

Кузнецкий каменноугольный бассейн один из крупнейших бассейнов России. По геологическим запасам углей он занимает четвертое место в России после Ленского. Печорского и Канско-Ачинского бассейнов. Угольная промышленность на площади Kузбасса распределена неравномерно. Наиболее освоена западная часть бассейна.

В истории геологического изучения и освоения Кузбасса можно определить три основных периода. В первый период (XVIII — начало XX в.) были получены сведения о наличии угольных пластов на площади Кузбасса и принадлежат они крепостному рудознатцу Михаилу Волкову, который по указу Петра I был послан на разведки полезных ископаемых в Сибирь, где открыл ряд рудных месторождении и месторождении каменных углей у р. Томь. Именем М. Волкова назван мощный пласт угля в Кемеровском районе.

Название «Кузнецкий бассейн» было дано русским геологом П. Чихачевым в 30-х годах XIX в.

Болee планомерное геологическое изучение территории Кузбасса было начато отдельными экспедициями в начале XX в. (второй период). В это время была установлена его высокая угленосность. В 1914—1926 гг. группой геологов под руководством крупнейшего исследователя Донбасса Л.И. Лутугина было начато детальное изучение геологии Кузбасса.

Третий период начинается с 1926 г. и характеризуется широким всесторонним изучением геологии Кузбасса. За эти годы были выявлены богатейшие угольные районы бассейна, уточнена стратиграфия и тектоника угленосных отложений, изучено качество углей и закономерности его изменения, составлены геологические карты более крупных масштабов.

Стратиграфия. Кузнецкая котловина выполнена угленосными отложениями верхнепалеозойского и мезозойского возрастов. Комплекс морских осадочных пород, выходящих по периферии Кузбасса и подстилающих угленосные отложения, представлен всеми системами нижнего палеозоя от кембрия до карбона.

Отложения кембрия и силура широко развиты в Салаирском кряже и Кузнецком Ала-Тау. Представлены сильно-метаморфизованными мощными слоями известняков, конгломератов, песчаников, глинистых сланцев, а также прорывающими их изверженными породами.

Девонские отложения образовались преимущественно в условиях открытого моря и сложены комплексом известняков богатых фауной, переслаивающихся с пестроцветными туфогенными песчаниками, глинистыми сланцами и конгломератами. Мощность морских отложений нижнего и среднего девона в районе Caлаира достигает 6000 м. По северо-восточной окраине Кузбасса отложения нижнего и среднего девона представлены мелководными и лагунно-континентальными фациями с очень невыдержанными по составу слоями пород общей мощностью 450—1000 м.

Среди красноцветных глинистых пород, песчаников и конгломератов встречаются мощные слои горючих сланцев, а также пласты барзасских липтобиолитов, сложенных остатками девонских водорослей и характеризующихся высоким содержанием битумов.

В кузнецком Ала-Тау и особенно в Горной Шории нижне- и среднедевонские отложения местами пронизаны магматическими породами. С интрузиями в нижнедевонских отложениях связано образование железорудных месторождений Горной Шорни.

Верхнедевонские отложения протягиваются широкой полосой только по северо-западной и частично восточной окраинам Kузбасса. Они представлены известняками, зеленоватыми песчаниками и темными сланцами. К югу тип осадков меняется на прибрежно-морской и континентальный.

Карбоновые морские отложения протягиваются узкой полосой почти по всем окраинам бассейна, залегая на отложениях верхнего, иногда среднего девона.

В основании нижнего карбона залегают осадки турнейского яруса. Самый нижний слои — мощный известняк — иногда замещается пачкой переслаивания известняка с красно-бурыми сланцами. Затем идет слой кварцитовых песчаников и очень мощный (до 200 м) известняк с желваками кремня. Выше залегают зеленоватые песчаники с известняковыми включениями. Перекрывают их известняк мощностью до 80 м и песчано-глинистая толща с мергелистыми прослоями мощностью более 200 м. Эти породы содержат фауну, которая указывает на принадлежность их к нижней части визе. Общая мощность турнейских и визейских отложений 800—1000 м.

Выше залегает толща, представленная преимущественно песчаными сланцами, общей мощностью от 100—200 до 600 м, называемая острогской свитой. В.И. Яворский, разработавший ряд стратиграфических схем Кузбасса, считает возраст острогской свиты верхнекарбоновым. а возраст угленосных отложений, залегающих выше острогской свиты, — пермским. По унифицированной же стратиграфической схеме расчленения угленосных отложений, принятой в 1956 г. в г. Ленинграде, острогская свита отнесена к намюру, а налегающие на нее угленосные отложения — к отложениям среднего карбона, переходящим далее в верхний карбон и пермь.

Угленосные отложения Кузбасса представлены Континентальными и прибрежно-морскими осадками и не содержат хорошо охарактеризованных фаунистических горизонтов. Поэтому даже основные возрастные границы между нижним и верхним карбоном, между карбоном и пермью — достоверно не установлены и являются условными.

Из табл. 56 видно, что угленосные отложения Кузбасса от нижнего карбона до юры включительно разделены на четыре серии: балахонскую и кальчунинскую верхнепалеозойского возраста, мальцевскую и тарбаганскую мезозойского возраста.

По составу осадков, угленосности, а также по характеру ископаемой флоры и фауны серии разделены на свиты и подсвиты.

Бaлахонская серия — нижний комплекс угленосных отложений Кузбасса — разделяется на три свиты острогскую, нижнебалахонскую и верхнебалахонскую.

Острогская свита (C1ostr) вскрывается по всей периферии бассейна и отсутствует лишь в крайней северо-западной его части. Отложения ее в большинстве случаев залегают на породах визейского яруса. В ее основании почти везде залегает слой базального конгломерата мощностью до 5—6 м, представленный мелкой, хорошо окатанной галькой кремнистых пород с песчано-железистым цементом. Отложения свиты представлены слоями песчаников, переслаивающихся с темными аргиллитами и алевролитами, а также прослоями конгломератов и черных горючих сланцев; имеется несколько тонких пластов угля. Общая мощность острогской свиты возрастает на северо-востоке и уменьшается на восточной окраине и в среднем составляет 300—400 м.

Резко выраженного перерыва в накоплении осадков между нижним морским карбоном и острогской свитой не наблюдается несмотря на наличие конгломератов. Возраст острогской свиты определяется как намюрский.

Нижнебалахонская и верхнебалахонская свиты (С2-3b1; P1b1) в центральной части Кузнецкого бассейна перекрыты более молодыми отложениями. Вскрываются только в окраинных частях бассейна. Граница с острогской свитой проводится по мощному слою песчаников и гравелитов, залегающих несколько ниже группы первых угольных пластов и углистых аргиллитов или непосредственно по нижнему угольному комплексу. В разрезе всюду наблюдается постепенный переход от острогской к нижнебалахонской свите без перерыва в накоплении осадков.

Мощность нижнебалахонской свиты 380—1000 Разрез ее хорошо выдерживается на большей части площади бассейна. В нем преобладают песчаники (до 50%), перемежающиеся с прослоями аргиллитов, алевролитов, углистых аргиллитов и пластами угля. Здесь насчитывается 10—12 рабочих пластов угля. Возраст свиты средне- и верхнекарбоновый.

Мощность верхнебалахонской свиты изменяется от 600—700 м на западной окраине до 1600 м на северо-востоке бассейна. Верхнебалахонская свита содержит до 45 пластов угля и среди них наиболее мощные пласты Кузбасса. В литологическом составе свиты преобладают песчаники (40—52%), переслаивающиеся с аргиллитами (13—15%), алевролитами (20—24%) и редкими слоями конгломератов. Возраст верхнебалахонской свиты определяется как нижнепермский.

В нижней части разреза свиты (промежуточная подсвита) мощность не выдержана и изменяется от нескольких десятков метров до 1200 м, здесь содержится до 20 также невыдержанных по мощности пластов угля. Кемеровская и Ишановская подсвиты распространены на всей площади бассейна, а усятская подсвита полно представлена только по юго-западной окраине.

Кольчуг и некая серия — второй крупный цикл верхнепалеозойского угленакопления содержит три свиты верхне-пермского возраста: кузнецкую, ильинскую и ерунаковскую.

Кузнецкая свита (Р1kz) хорошо выдержана по площади бассейна и граничит с верхнебалахонской по слою с фауной Antharconante gigantea. Мощность ее 700—800 м. Кузнецкая свита сложена глинистыми и песчано-глинистыми породами, включающими мощные слои серых (при выветривании зеленоватых) крепких песчаников. Для свиты характерно почти полное отсутствие угольных пластов.

Ильинская свита (Р2i1) распространена в двух различных фациях осадков: на севере красноярской и на юге — собственно ильинской. Красноярская фация представлена мощной (до 1600 м) толщей песчаников темно-серого цвета с редкими линзовидными прослоями конгломератов и алевролитов. Ильинская фация характеризуется частой перемежаемостью алевролитов со сферосидеритами и большим количеством тонких прослоев угля. Наибольшая мощность этих отложений, выделяемых в казанково-маркинскую подсвету, в южной половине Кузбасса составляет 900 м. Такой же тип осадков сохраняется в ускатской подсвите мощностью 400—600 м, которая отличается лишь наличием промышленных угленосных горизонтов. В ускатской подсвите на западе бассейна имеется 6—8 рабочих угольных пластов, которые постепенно выклиниваются к центральной части бассейна.

Ерунаковская свита (Р2et) мощностью 2600 м сложена песчаниками (до 50%), алевролитами (до 25—30%) и аргиллитами (до 15%); иногда встречаются прослои темных мергелей. Свита включает окаю 50 рабочих пластов угля, мощностью от 0,7 до 2, редко до 4—6 м и более.

На севере и востоке бассейна ерунаковская свита залегает на песчаниках красноярской фации или непосредственно на отложениях Кузнецкой свиты. Мощность ее здесь снижается до 1200 м, уменьшается и угленосность. Отложения верхней части разреза ерунаковской свиты вскрываются только в центральной части бассейна, где они с небольшим перерывом и несогласием перекрыты мальцевской серией осадков триасового возраста.

Маль невская серия сохранилась на- небольшой площади в центре Кузнецкой котловины. Слагающие ее породы, главным образом песчаники и алевролиты, имеют ярко-бурую и зеленоватую окраску. Угольные пласты отсутствуют. По литологическому составу эта серия разделяется на две свиты — нижнемальцевскую (T1m1) и верхнемальцевскую (T1m2).

Мощность мальцевской серии вследствие проявления глубокого ее размыва, предшествующего отложению вышележащих осадков, непостоянна.

Тарбаганская серия юрского возраста представлена конгломератовой свитой J1-3, залегающей трансгрессивно, с резким угловым несогласием на более древних отложениях Кузбасса.

Конгломератовая свита развита в глубоких прогибах Кузнецкой котловины на юге и в центральной части бассейна, а также местами в более мелких синклиналях южной половины Кузбасса и на севере, в Завьяловском районе. Разрез конгломератовой свиты не выдержан. На юге мощность свиты около 500 м и более половины ее разреза сложено конгломератами, переслаивающимися с песчаниками, а в нижней части имеются линзовидные глинистые комплексы, включающие от 3 до 5 пластов угля сложного строения суммарной мощностью до 7—10 м.

В центральной части мощность свиты достигает 700—800 м, разрез ее составляют преимущественно песчаники — конгломераты почти полностью отсутствуют. Нижние горизонты представлены сравнительно хорошо выдержанной угленосной толщей мощностью около 150 м, сложенной глинистыми породами, включающими 5—8 пластов угля, из которых некоторые имеют мощность до 10 м. Редкие пласты угля приурочены также к средней части разреза свиты.

На Крайнем севере Кузбасса на границе с Западно-Сибирской низменностью установлены юрские угленосные отложения мощностью окаю 250 м. Здесь выявлено до 5 пластов бурого угля, в том числе пласт мощностью до 30 м. Эти отложения перекрыты меловыми и третичными песками, мощность которых превышает 100 м.

В триасовых породах и на границе распространения триаса и юры развиты покровы базальтов. Они образуют наиболее возвышенные формы рельефа — Караканские горы, Салтымаковский кряж и Тарадановский увал.

Верхнемеловые и третичные отложения на площади Кузбасса сохранились лишь в виде очень небольших изолированных участков, преимущественно в присалаирской и северной частях бассейна. Эти отложения имеют мощность не более 30—50 м и залегают на коре выветривания угленосных свит. Представлены они слоями гравелита, тонкозернистых кварцевых песков, пестроцветных глин, а также серых и белых тугоплавких и огнеупорных глин.

Позднейшими отложениями являются четвертичные элювиально-делювиальные суглинки водоразделов и склонов, а также аллювиальные образования речных террас.

Тектоника. Кузнецкий бассейн представляет собой синклинорий, длинная ось которого вытянута с юго-востока на северо-запад. Вдоль этой оси осадки имеют наибольшую мощность.

Тектоническое строение угленосных отложений в основном обусловлено резко выраженным тангенциальным давлением со стороны Салаира на юго-западе и Колывань-Томской складчатой зоны на северо-западе. В центральных частях синклинория резко выраженная складчатость приурочена обычно к зонам крупных дизъюнктивных нарушений, протягивающихся почти через весь бассейн параллельно его юго-западной и северо-западной границам.

Наиболее сильно дислоцированы угленосные отложения вблизи границ, окружающих бассейн горных кряжей.

Пo характеру складчатости и дизъюнктивной нарушенности на площади бассейна выделяются три тектонические зоны. Непосредственно у западной, юго-западной и северо-западной окраин бассейна протягивается зона интенсивной складчатости с линейными узкими и очень крутыми, местами опрокинутыми, нарушенными складками. В этой зоне расположен один из наиболее крупных в бассейне Прокопьевско-Киселевский район (рис. 63), Бочатский район и юго-западная часть Кемеровского района.

далее, к центру бассейна расположена зона брахискладчатых структур. В которой отложения кольчугинской серии собраны в изолированные складки, разделенные линейными нарушениями северо-западного простирания. В этой зоне находятся Осиновский, Беловский, Ленинский и другие районы (рис. 64). Центральная, юго-восточная и восточная части Кузбасса представляют собой зону моноклинального залегании и пологих складок на фоне общего погружения к центру котловины. В центральной части бассейна выделяются районы Ерунаковский и Плотниковский, в юго-восточной части — Кондомский, Мрасской и Томь-Усинский.

Изолированное положение занимает Анжерский район, представляющий отдельную синклинальную структуру на крайнем севере бассейна.

Общий характер складок затушевывается дизъюнктивными нарушениями, многие из которых протягиваются почти через весь бассейн. Наиболее крупные разрывные нарушения западной окраины Кузбасса — Тырганский надвиг, срезающий угленосные отложения в Присалаирской полосе, а также Афонино-Киселевский, Кутоновскин, Кильчигизский и Журинской взбросы, разделяющие отложения балахонской и кольчугинской серий на отдельные крупные блоки. Амплитуда этих нарушений, имеющих крутое западное падение сместителей, превышает 1,5—2 км.

На севере Кузбасса проходит крупный Томский надвиг, по которому отложения среднего девона надвинуты на нижнебалахонскую свиту с переменной амплитудой надвига от 2—3 км до сотен метров и падением сместителя на северо-запад 45—60°.

Кузнецкая котловина и окаймляющие ее Салаирский кряж. Горная Шория, Кузнецкий Ала-Тау и Томь-Колыванская складчатая зона испытывали тектонические движения в течение многих геологических периодов. Наиболее древний Салаирский цикл тектогенеза захватил кембрийские отложения Кузнецкого Ала-Тау и Салаира. Проявление герцинской фазы отразилось на отложениях среднего девона. После этого происходило непрерывное накопление осадков на фойе общего опускания Кузнецкой котловины в течение времени от нижнего карбона до верхней перми включительно. Это привело к накоплению огромной, согласно залегающей толщи, мощностью до 7—8 км. В результате воздействия пфальцской фазы складчатости, отложения верхнего триаса залегают несогласно на пермских осадках.

Последующая фаза складчатости — нижнекиммерийская устанавливается по резкому несогласному залеганию юрских отложений на более древних породах. В свою очередь, складчатость юрских отложений указывает на проявление и верхнекиммерийской фазы складчатости. В бассейне, особенно по его окраинам, происходили, по-видимому, и более молодые движения.

Горный характер р. Томи в верхнем ее течении и большей части ее притоков, развитие террас и слабые проявления землетрясений в Кузнецком Ала-Тау указывают, что постумные колебательные движения па площади Кузнецкого бассейна проявлялись в течение всего четвертичного периода и продолжаются в настоящее время.

Угленосность. Основная угленосность Кузбасса приурочена к балахонской и кольчугинской сериям.

Нижне- и верхнебалахонская свиты балахонской серии представляют непрерывный комплекс отложений, распространенных на площади 5150 км3. Максимальной угленосностью отличаются Кемеровская и усятская подсвиты верхнебалахонской свиты.

Основные угольные пласты балахонских свит: I—IV Внутренние, Характерный, Горелый, Мощный, Безымянный и Двойной — хорошо выдерживаются в пределах всей юго-западной окраины Кузбасса.

Часть разреза, включающая пласты Прокопьевский и Лутугинский, менее выдержана — здесь иногда появляются новые угольные пласты, распространенные на небольших участках. В нижней части разреза (от пласта Двойного) пласты тонкие, часто теряют рабочее значение. На севере Прокопьевско-Киселевского и в Бачатском районах угольные пласты не выдержаны и не имеют большого практического значения. К югу угленосность нижней толщи возрастает, появляются новые угольные пласты, в том числе мощные: Пятилетка, Спутник, Надсложный, Сложный, местами появляются также пласты угля в мазуровской подсвите.

Изменение разреза и увеличение мощности отложений балахонских свит до 1600—1700 м на юге бассейна, в Чумышском и Кондомском районах, происходит за счет ишановской и промежуточной подсвит. Ниже пласта Мощного, который постепенно уменьшается до 2—3 м, появляется толща преимущественно песчаных пород с редкими пластами угля, а расстояние между группой пластов алькаевской и кемеровской подсвит резко возрастает.

В верхней части разреза верхнебалахонской свиты которая остается наиболее угленасыщенной, сокращается мощность усятской подсвиты, выклиниваются пласты V и IV Внутренние появляется ряд новых пластов среди группы Прокопьевских. Taкой характер разреза балахонских свит сравнительно хорошо сохраняется по всей южной окраине бассейна.

В Кемеровском и Анжеро-Судженском районах общая мощность балахонских свит возрастает до 2600 м за счет увеличения мощности ишановской и промежуточной подсвит, достигающих 1500 м и включающих большое количество весьма невыдержанных пластов угля. Усятская подсвита почти полностью выклинивается и не содержит рабочих угольных пластов. Основные промышленно-угленосные подсвиты районов — кемеровская и алыкаевская.

Всего в балахонских свитах заключается до 45—50 угольных пластов со средней мощностью 1—3 м, исключением является пласт Волковский, достигающий мощности 21 м. Основные рабочие пласты Кемеровский, Волковский, Владимировский, Румянцевский, Новый, Алыкаевский Верхний и Нижний имеют преимущественно простое строение и сохраняют рабочую мощность на большей части площади северной окраины бассейна.

В кольчугинской серии максимальная угленосность приурочена к ерунаковской свите и лишь местами к верхней части ильинской (ускатская подсвита). Количество пластов в этой серии колеблется от 16—24 в Осиновском и Беловском до 54—57 в Ерунаковском и Ленинском районах. Мощность угольных пластов этой серии в общем значительно меньшая, чем в балахонских свитах — в среднем она составляет 1—2 м и лишь в редких случаях превышает 4—6 м.

Угольные пласты кольчугинской серии обычно выдержаны по простиранию и резко изменяются по направлению общего погружения угленосных отложений к центральной части котловины. Вследствие невыдержанности разреза синонимика пластов угля, даже между последними угленосными районами кольчугинской серии, является затруднительной.

В Кузнецком бассейне имеются угли юрского возраста, заключенные в конгломератовой свите и распространенные на площади около 4400 км2; угленосность ее очень неустойчива и в различных районах занимает различное стратиграфическое положение.

В юго-восточной части Кузбасса, в Осиновском районе, в нижней части юрской толщи залегают 4 угольных пласта сложного строения мощностью 4—5 м каждый. Они выклиниваются к северу, где в другой части разреза появляется новый пласт. Юрские отложения центральной части бассейна более угленосны. В нижней части разреза они содержат до 5 пластов угля сложного строения, не выдержанных по простиранию, суммарная мощность которых до 30 м. В верхней части разреза 2—3 пласта бурого угля суммарной мощностью до 7,5 м.

Условия формирования угленосных отложений. Отложения Кузнецкой котловины формировались на фоне длительного и глубокого прогибания земной коры за счет сноса осадков со стороны окружающей впадину суши. Сложный и фациально невыдержанный состав осадков объясняется различными условиями их накопления (рис. 65).

Острогская и нижнебалахоиская свиты образовались в начальную стадию накопления континентальных угленосных отложений, когда бассейн представлял собой обширную равномерно погружающуюся область. На всей площади котловины отлагались литологически однотипные выдержанные по мощности осадки, среди которых наряду с типично континентальными встречаются морские, образовавшиеся при кратковременных трансгрессиях, постепенно отступавшего к северу нижнекарбонового моря.

Верхнебалахонская свита образовалась в условиях неравномерного погружения Кузнецкой котловины, вследствие чего мощность этих отложений резко меняется в разных частях котловины, в целом возрастая к ее центру. Накопление осадков сопровождалось рядом внутриформационных разрывов. К наименее выдержанным горизонтам свиты относится промежуточная подсвита, отложения которой приурочены к участкам максимального прогиба котловины и представлены преимущественно озерными фациями.

Преобладание в углях в балахонской серии полуматовых типов над блестящими и полублестящими типами и фюзенизация углей указывает, что торфонакопление протекало в болотах с преобладающими окислительными условиями среды, где полное затопление торфяника происходило редко. Судя по появлению линз и прослоев витреновой и клареновой разновидностей углей в верхних частях пластов, такие затопления предшествовали времени более резкого погружения торфяника, наступлению трансгрессии и началу нового цикла осадконакопления.

Условия формирования кольчугинской угленосной серии были несколько отличны от балахонской. Наступившее после балахонского времени вымирание кордаитов и заполнение водным бассейном всей Кузнецкой котловины наряду с более резким темпом прогибания ее дна в начале кольчугинского века не создавали благоприятных условий для накопления торфяников. В результат» этого в самой нижней части кольчугинской серии (кузнецкая свита? отложения которой занимали площадь, выходившую за пределы Кузнецкой котловины, угленосность представлена лишь очень редкими и тонкими прослоями угля в низах свиты, при планом отсутствии угленосности в остальной ее части.

В период накопления кольчугинской серии в бассейне выделяется две зоны осадконакоплення: северная, в которую материи поступал преимущественно со стороны Томь-Колыванского массива, и южная, заполнявшаяся материалом со стороны окаймлявших бассейн горных массивов.

В южной половине бассейна к концу формирования кузнецкой свиты произошло обновление и усиление развития флоры, колебательные движения приобрели такой же характер, как и в балахонский век, в результате чего начали появляться заболоченные пространства и накапливаться торфяники. Такое положение дна котловины. т. е. замедленные опускания, было кратковременным и накапливавшийся торфяной слой имел меньшую мощность, чем у торфяников балахонского времени.

В северной части характер колебательных движений сохранялся прежним, здесь в устье большой водной артерии накапливалась мощная толща однородных, так называемых, красноярских песчаников.

Ильинская и ерунаковская свиты фациально имеют более сложный комплекс осадков. В период отложения ильинской свиты началось опреснение отшнуровавшегося от моря водного бассейн. Формирование осадков в прибрежно-континентальной зоне продолжалось и при накоплении ерунаковской свиты. Образование происходило уже в благоприятных для угленакопления физико-географических и тектонических условиях, что способствовало созданию довольно мощных толщ торфяников.

Преобладание в пластах ерунаковской свиты блестящих углей указывает на то, что торфонакопление происходило в низовых увлажненных болотах с развитием в них процессов гелификации и образованием бесструктурного коллоидного вещества. Формирование ерунаковской свиты и связанное с ней угленакоплоние охватывало всю центральную часть бассейна (см. рис. 65).

После отложения осадков ерунаковской свиты и проявления ифальцской орогенической фазы, вызвавшей, очевидно, поднятие Кузнецкой котловины, бассейн до появления ингрессии в нижнем триасе сам является областью размыва. В обособленных впадинах накапливалась конгломератовая свита. Наиболее мощные отложения этой свиты приурочены к Центральной и Подобасско-Тутуясской мульдам. Характер осадков и угленосность конгломератовой свиты в этих структурах резко различны.

Ослабление темпа колебательных движений, происходившее иногда при образовании верхних частей конгломератовой свиты и выравнивание профиля равновесия вызывали развитие торфяников. Образовавшиеся из них угли по петрографическому типу сходны с углями ерунаковской свиты и отличаются от них сапропелевыми разностями и значительным развитием углей, сложенных фюзеном. После формирования конгломератовой свиты процессы угленакопления на площади Кузнецкого бассейна больше не возобновлялись.

Угленосные отложения испытали несколько периодов складкообразования. Первый период складчатости, охвативший значительную часть площади бассейна, относится к концу пермского осадконакопления, когда, по-видимому, образовались крупные пологие складчатые структуры северо-западного простирания, осложненные надвигами типа шарьяжей. Складкообразование было связано с давлением со стороны Салаира.

Второй период складчатости, охвативший отложения всей Кузнецкой котловины, относится к мезозойскому времени и предшествует отложению конгломератовой свиты. Этот процесс складкообразования был более интенсивный за счет давления со стороны Салаира и в меньшей мере со стороны Колывань-Томской глыбы и сопровождался разломами и общим поднятием Кузнецкой котловины с последующим глубоким размывом угленосных свит в доюрское время. Ранее образовавшиеся складчатые структуры были значительно осложнены и, кроме того, возникла основная система брахискладок.

Третий период складчатости, создавший современные структуры Кузбасса, относится к послеюрскому времени до накопления маломощных и недислоцированных меловых отложений. Он также сопровождался разломами и образованием вблизи них крутых складок. Как и во второй период, угленосные отложения бассейна испытывала двустороннее давление: со стороны Колывань-Томской глыбы и Салаира.

Качество углей. Качество углей Кузбасса весьма разнообразно, что связано с длительными и часто менявшимися условиями формирования угленосных отложений и угольных пластов. Угли бассейна в основном гумусовые.

В девонских отложениях, в районе пос. Барзы, известны сапропелевые угли (барзасские санромикситы). Угли этого типа встречаются на восточной окраине Кузбасса в нижнебалахонской и в низах ерунаковской свит.

По петрографическому составу гумусовые угли Кузбасса разделяются на несколько групп, в зависимости от содержания в них блестящих разностей. Наиболее разнообразен петрографический состав углей балахонской серии, имеющих полосчатое строение с типичным для всех пластов чередованием блестящего (витрена), полублестящего и полуматового угля. Угольные пласты угля кольчугинской серии значительно более однородны и в основном относятся к блестящим углям I группы. Исключение составляют угли ускатской подсвиты, выделяемые во II группу, которые являются переходными от полублестящих, полосчатых углей III группы балалонской серии к однородным блестящим углям ерунаковский свиты.

Общая закономерность для Кузбасса — увеличение степени метаморфизма пластов угля к центральной части бассейна (рис. 66), а в стратиграфическом разрезе — от верхних пластов к нижним (правило Хильта) (рис. 67). Выход летучих веществ в углях в стратиграфическом разрезе изменяется от 0,5 до 3% на 100 м разреза, возрастая на средних стадиях метаморфизма. Характер метаморфизма углей по площади в целом отражает тектоническую структуру Кузбасса.

Степень метаморфизма углей возрастает к центральным частям бассейна и достигает максимума по южному замыканию синклинория и на севере. Высокий метаморфизм углей по северной границе бассейна подтверждает глубокое погружение в этом направлении.

Изменение метаморфизма углей в пределах всей западной половины Кузбасса находится в тесной связи с тектоническими структурами.

Степень метаморфизма возрастает в замках крупных синклиналей, что связано с погружением их на большие глубины в первичных складчатых структурах. В районах проявления магматической деятельности (дайки и силлы изверженных пород) наблюдается контактовый метаморфизм с развитием тощих углей и антрацитов (Томь-Усинский район, восточная окраина Кузбасса).

Наиболее высоко метаморфизованные угли Кузбасса (наименьший выход летучих 5—796) приурочены к отложениям балахонской серии. Угли кольчугинской серии почти на всей площади бассейна характеризуются выходом летучих веществ более 32%, за исключением стратиграфически самых нижних пластов ускатской подсвиты в Осиновском и Ленинском районах, где выход летучих веществ составляет 28—30%.

Степень метаморфизма углей конгломератовой свиты наиболее низкая. Эти угли принадлежат к бурым и к переходным от бурых к каменным.

Угли Кузбасса — ценное коксохимическое и энергетическое сырье. По выходу летучих веществ, пластометрическим показателям и принадлежности к различным петрографическим группам они подразделяются на марки: Д (длиннопламенные), Г (газовые), ГЖ (газово-жирные), Ж (жирные), КЖ (коксово-жирные), К (коксовые), ОС (отощенноспекающиеся), CC (слабоспекающиеся) T (тощие).

Содержание серы в кузнецких углях не превышает 1% и обычно равно 0,4—0,6%. Содержание фосфора повышенное, достигает 0,12%

По зольности угли Кузбасса разделяются на малозольные (менее 8%), среднезольные (8—16%) и высокозольные (свыше 16%). Большая часть углей бассейна относится к малозольным и среднезольным. Наименьшей зольностью характеризуются угли ерунаковской свиты (2—7%). Угли ускатской подсвиты имеют зольность 12—15%, которая при эксплуатации повышается за счет многочисленных породных прослоев в угольных пластах. Угли балахонских свит характеризуются менее постоянной зольностью.

Элементарный состав углей различных марок приведен в табл. 57.

Теплота сгорания горючей массы каменных углей балахонской и кольчугинской серий колеблется от 7600 (у углей марок Д и Г) до 8600 ккал/кг (у тощих углей); для юрских углей конгломератовой свиты — 4700—5870 ккал/кг.

Обогатимость углей ерунаковской свиты легкая, товарная зольность их связана в основном с прослоями породы. Угли балахонской серии по обогатимости весьма разнообразны — от легкообогатимых (группа пластов Внутренних) до труднообогатимых (пласты: Спорный, Подспорный, Садовый и другие пласты Алькаевской подсвиты).

Глубина зоны окисления не превышает 20—25 м по вертикали. В районах с молодым расчлененным рельефом зона окисленных углей почти отсутствует. Наибольшая глубина со наблюдается в районах, где сохранилась кора выветривания.

Газоносность, пыльность и самовозгорание углей. В угольных месторождениях Кузбасса установлены следующие газы, заключенные в угленосной толще: метан, углекислый газ, тяжелые углеводороды (главным образом этан), азот, сероводород и водород. Основным компонентом среди газов угольных месторождений Кузбасса является метан (до 96%). образовавшийся в основной массе за счет разложения растительного вещества при биохимических процессах, протекавших в сменяющихся условиях как анаэробных, так и аэробных. Свидетельством этих условий может служить петрографический состав самих углей, содержащих также несколько отличные по своему составу газы.

Угли фюзеновые, образовавшиеся путем обугливания мертвых тканей древесины в аэробных условиях, характеризуются отсутствием водорода. Кроме этого, содержание в них газа несколько меньше, чем в углях витреновых (блестящих), происхождение которых связано с остудневанием (гелификацией), в анаэробных условиях.

Газоносность угольных пластов возрастает с глубиной и с увеличением степени матаморфизма углей. Исключением являются угли относительно низкой степени углефикации.

В Кемеровском районе угольные пласты отличаются очень большой метаноносностью. Метанообильность в отдельных выработках достигает 160 м3/т суточной добыча угля. Значительной газоносностью отличаются тощие угли Араличевского района.

В Прокопьевско-Киселевском районе метан до глубины 50—100 м в большинстве шахт отсутствует. На глубине 200 м выделение его составляет до 3,8 м3/т, а по некоторым структурам до 15—20 м3/т.

Среди углей ерунаковской и ильинской свит максимальной газоносностью отличаются наиболее метаморфизованные угли марки Ж. Средняя метанообильность шахт по отдельный районам составляет: для Прокопьевске-Киселевского района 2,4—22 м3/т суточной добычи (по глубоким шахтам до 80 м3/т), Кемеровского — 2—48 м3/т. Анжерского 3—18 м3/т, Ленинского — 2—20 м3/т, Осиновского — 0,7—54 м3/т. Значительная часть (около 26%) всех действующих шахт относится к сверхкатегорийным по газу. Все угли с выходом летучих веществ свыше 10% опасны по пыли и склонны к самовозгоранию.

Гидрогеологическая характеристика. Гидрогеологические условия продуктивных толщ Кузбасса в основном зависят от его тектоники. Исходя из общих тектонических структур бассейна, которыми собственно определяется динамика подземных вод, мы выделяем три основные гидрогеологические зоны.

1. Зона, приуроченная к структурам, окаймляющим массивы Салаир, Сокур и Кузнецкий Ала-Tay. Здесь развиты вытянутые острые и узкие складки, разорванные большим количеством крупных дизъюнктивов взбросового и надвигового характера. Наблюдается очень сильная нарушенность горных пород. По существу это область питания, где подземные воды обладают наибольшей динамичностью, представляя, таким образом, зону активного водообмена.

В этой зоне водоносные горизонты трещинно-пластового типа почти отсутствуют, и обводненными являются компетентные породы и пласты угля в зонах повышенной трещиноватости. Сильное развитие трещиноватости в зоне выветривания создает почти сплошную обводненность пород до глубины 80—100 м.

2. Зона, приуроченная к брахисинклинальным структурам и занимающая всю западную половину котловины, а также значительную часть в средине восточной половины. В этой зоне имеются отдельные небольшие бассейны подземных вод, отличающиеся друг от друга по условиям питания, распределения, циркуляции и запасов. Однако изданной стадии геологической изученности Кузбасса выделить все эти небольшие бассейны подземных вод еще не представляется возможным.

3. Зона, приуроченная к ненарушенному восточному крылу основной мульды Кузбасса, где породы залегают моноклинально. Благодаря тому, что здесь горные породы почти не затронуты складкообразованием и имеют углы падения 3—10° (редко 20°) при спокойном залегании, создаются благоприятные условия для существования отдельных напорных водоносных горизонтов. В этой зоне развиты трещинно-пластовые воды, приуроченные к пластам песчаников, конгломератов, углей и трещинные воды тектонических нарушений. Оба типа подземных вод напорные, часто связанные друг с другом и характеризуются, по данным буровых скважин, удельным дебитом меньше 1 л/сек, чаще 0,2—0,5 л/сек.

В Кузнецком бассейне тектонические нарушения, следующие по простиранию пород, часто бывают закрытыми и, несмотря на значительную амплитуду сброса, характеризуются небольшой водоносностью с удельным дебитом 0,1—0,3 л/сек.

Следует отметить, что цемент в песчаниках часто образом зернистым кальцитом, который растворяется водами с образованием микрокаверн.

Следовательно, гидрогеологические свойства песчаников могут обусловливаться также и составом цемента. Вблизи зон нарушений у песчаников наблюдается микропористость и слабая цементация, что частично можно объяснить выщелачиванием цемента по зоне нарушений усиленно циркулирующими подземными водами.

Почти во всех районах с мощными пластами угля и особенное Прокопьевско-Киселевском районе имеются так называемые горельники — породы, обожженные при подземных пожарах угля, которые затем заполнили место выгоревшего угольного пласта. Будучи сильно трещиноватыми, эти образования содержат большие массы водь. Так. например, горельних пласта IV Внутреннего на одной из шахт Прокопьевско-Киселевского района содержал до 1 млн. м3 воды. Отличаясь громадной водоносностью, горельники представляют определенную опасность для горных работ.

Приток вода в действующие шахты бассейна в большинстве случаев характеризуется цифрами 150—250 м3/ч и только несколько шахт, разрабатывающих пласты угля под мощными пластами водоносных песчаников или работающих около долин больших рек, имеют повышенный приток — до 360—1260 м3/ч.

Водоносность четвертичных отложений различна; покровные отложения, представленные глинами и суглинками, имеют крайне незначительную водоносность; аллювиальные отложения, особенно горизонты песчаников, лежащие в основании нижних террас крупных рек, отличаются повышенной водоносностью и, по данным откачек из опытных колодцев, характеризуются удельным дебитом от 36 до 1080 м3/ч.

В Кузнецком каменноугольном бассейне подземные воды питаются главным образом за счет инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих в пределах площади развития углекосной толщи и пастью вне ее.

В условиях Кузнецкого бассейна имеется много примеров, когда подъемные воды питаются за счет ручьев и рек в местах пересечения последними участков, сложенных трещиноватыми породами.

Степень обводненности угленосной толщи изменяется в сторону уменьшения ее от периферии (от крыльевых частей мульды) к центру (к осевой части мульды), а также иногда от балахонской свиты к верхней (безугольной) кузнецкой.

Сложная тектоника и частое чередование водопроницаемых пород, с одной стороны, и волнистый рельеф поверхности с хорошо развитой гидрографической сетью, с другой — сильно усложняют условия залегания н питания подземных вод.

Как уже отмечалось выше, дизъюнктивные нарушения в большинстве случаев приурочены к окраинам бассейна и преимущественно к балахонской серии. Поэтому в названной серии в пределах зон тектонических нарушений дизъюнктивного характера и встречаются наиболее водообильные участки. К тому же балахонская угленосная свита в значительной части состоит из песчаников и песчанистых сланцев, является более обнаженной, чем другие свиты, и приурочена к окраинным участкам, где сосредоточены более крупные тектонические нарушения. Все это создает исключительно благоприятные условия для питания подземных вод угленосной свиты. Однако следует отметить, что положение балахонской свиты на контакте с нижнекаменноугольными породами — известняками и песчаниками — приводит в некоторых местах к осушению нижних ее горизонтов — вода уходит в трещиноватые известняки карбона.

He лишены подземных вод и другие свиты угленосной толщи, о чем свидетельствуют как подземные выработки, так и разведочные скважины в Ленинск-Кузнецком, Бандаевском, Осиновском и других районах Кузбасса. Все же выходы источников из ерунаковской свиты не так часты, как из балахонской. Некоторым показателем меньшей водоносности ерунаковской свиты может служить и го, что шахты, вскрывающие эту свиту, имеют невысокую обводненность.

В ерунаковской свите наибольшая обводненность приурочена к верхней ее части, сложенной преимущественно песчаниками. Haблюдается общая закономерность уменьшения обводненности ерунаковской свиты с глубиной.

По химизму подземные воды Кузнецкого бассейна в основном относятся к двум типам: воды гидрокарбонатно-кальциево-магниевые и гидрокарбонатно-натриевые. Между этими основными типами вод имеются воды промежуточные, т. е. воды гидрокарбонатно-кальциево-магниево-натриевые, которые выделены в третий тип вод, что и отражено на квадрате химизма вод (рис. 68).

Весьма характерным является то, что гидрокарбонатно-кальциево-магнитные воды в основном приурочены к зоне неглубокой циркуляции подземных вод (к источникам, рекам и т. д.), примерно до 100 м глубины для ерунаковской угленосной толщи и 50—70 м для балахонской угленосной серии.

Воды второго типа — гидрокарбонатно-натриевые (содовые) — приурочены уже к более глубокой зоне циркуляции — глубина свыше 200 м.

Воды гидрокарбонатно-кальциево-магниево-натриевые, как правило, приурочены в основном к зоне циркуляции подземных вод на глубине от 100 до 200 м для ерунаковской свиты и от 50 до 100 для балахонской свиты.

Следует заметить, что эта зональность не всегда выдерживается по глубинам, что обусловлено в отдельных случаях общим геологическим строением и литологическим составом угленосной толщи, а иногда и газоносностью ее.

Подземные воды повсюду принадлежат в основном к одним и тем же химическим типам вод. Намечается лишь только некоторое преобладание магния в водах, приуроченных к ерунаковской свите. По-видимому, это объясняется тем, что породы угленосной толщи Кузбасса, главным образом ерунаковской свиты, в высокой степени доломитизированы. Это обстоятельство, в свою очередь, выдвигает перед геологами-угольщиками весьма существенный вопрос о происхождении углей Кузнецкого бассейна. Возможно, что существующее представление об образовании углей Кузбасса, связанном с речными дельтами, неверно, так как в речных фациях магний отсутствует в сколько-нибудь значительных количествах.

Помимо указанных трех типов подземных вод, широко распространенных в угленосной толще Кузбасса, в отдельных случаях отмечаются кальциевые, сульфатно-натриевые и хлоридно-натриевые воды.

Жесткость подземных вод в среднем составляет 16—28°.

Основным источником промышленного водоснабжения в бассейне служат русловые и аллювиальные воды речных долин, а также водоносные горизонты юрских отложений.

Геологопромышленные районы и запасы углей бассейна. Площадь бассейна по стратиграфическим и тектоническим особенностям подразделяется на 22 геологопромышленных района. Выделяются районы, где разрабатываются угли балахонской серии (Анжеро-Судженский, Кемеровский, Крапивенский, Завьяловский, Корчуган-Белкинский, Бачатский, Прокопьевско-Киселевский, Араличевский, Кондомский, Мрасский и Томь-Усинский), и районы разработки кольчугинской серии (Плотннковский, Ленинск-Кузнецкий, Беловский, Ускатский, Ерунаковский, Осиновский, Распадский, Терсинский, Центральный и Подобасско-Тутуясский).

Наиболее освоены Анжеро-Судженский, Кемеровский, Прокопьевско-Киселевский, Араличевский, Ленинск-Кузнецкий и Осиновский. В последние годы интенсивно осваиваются Бачатский, Мрасский и Томь-Усинский районы, где широкое развитие получили открытые работы. Еще относительно слабо изучены районы Крапивенский, Завьяловский, Корчуган-Белкинский, Терсинский, Подобасско-Тутуясскин и Центральный.