Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Геологическое строение района исследований 12
1.1. История геологической изученности 12
1.2. Стратиграфия и литология угленосных толщ региона 18
Глава 2. Структурно-тектоническая позиция южной оконечности Присалаирской зоны 53
2.1. Пликативные структуры 64
2.2. Дизъюнктивы и их генетическая классификация 77
2.3. Этапы и роль тектонических процессов при формировании структуры угленосной толщи района 99
Глава 3. Угленосность района 105
3.1 Методика исследования петрографии углей 120
3.2. Петрографический и марочный составы углей Прокопьевско Киселевского сегмента 129
Глава 4. Газоносность углей и вмещающих пород 147
4.1. Формы и природа происхождения газов в угленосной толще и учет их особенностей при прогнозировании газоносности
4.1.1. Геохимические особенности и оценка объемов генерации газов при катагенезе органического вещества углей
4.2. Исследование газоносности углей района прямыми и косвенными методами
4.3. Тектонический контроль и характер газовой зональности угленосной толщи
4.4. Влияние петрографического и марочного составов углей на их газоносность
Заключение 207
Список использованной литературы
- Стратиграфия и литология угленосных толщ региона
- Дизъюнктивы и их генетическая классификация
- Петрографический и марочный составы углей Прокопьевско Киселевского сегмента
- Геохимические особенности и оценка объемов генерации газов при катагенезе органического вещества углей
Введение к работе
Объект исследования - Угленосная толща верхнебалахонской подсерии Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса
Целью квалификационной работы автора было решение следующей задачи -изучить газоносность углей Прокопьевско-Киселевского угленосного района, выявить геологические факторы, контролирующие её, и разработать на этой основе критерии прогноза газоносности углей.
Решение задачи было разделено на 6 этапов:
Систематизация имеющейся геологической информации о стратиграфии и угленосности района;
Уточнение тектонического строения региона, характеристика пликативных и дизъюнктивных дислокаций;
Исследование и уточнение вещественного состава углей района;
Систематизация данных предыдущих исследований о газонасышенности углей Кузбасса, изучение газоносности углей и вмещающих пород угленосной толщи района; оценка объемов газов генерированных угленосной толщей и современной газонасыщенности района исследований и Кузнецкого бассейна в целом;
Анализ влияния геологических факторов (тектоника, утленасыщенность толщи, вещественный состав углей) на газонасыщенность углей;
6. Выделение шахтных полей с высокой газоносностью в районе исследований.
Актуальность темы
Актуальность выбранной темы подчеркивается двумя обстоятельствами.
1. В районе продолжается добыча коксующегося угля, проводятся взрывобезопасные мероприятия, поэтому изучение газоносности крайне важно для составления проектов схем вентиляции шахт;
2 В связи с ростом применения угольного метана для целей энергетики и газохимии важно изучить закономерности, контролирующие газсшсышенность углей, и разработать методику оценки ресурсов и запасов угольного метана грименигельно к геологическим условиям Кузбасса
Фактический материал. При написании работы в течение 5 лет (2004-2009 гг.) были замерены элементы залегания угольных пластов и систем трещин на ста профилях, рассекающих горные выработки и разрезах выполненных по геологоразведочным линиям. На 45 структурных картах, построенных по подошве пластов, замерены амплитуды смещения и характер дизъюнктивов. Выполнены зарисовки 98 шахтных забоев, с указанием элементов падения пластов и трещин. Кроме того, автором собрана коллекция пород и углей, в которой выполнено 150 описаний шлифов вмещающих пород проведено более 100 определений петрографического состава угля в аншлифах-брикетах в иммерсионной жидкости под микроскопом, изучен марочный состав углей. Исследован состав газов 140 угольных проб, отобранных автором, обобщены результаты проведенных до настоящего времени геологоразведочных работ.
Методы исследований, выполненных лично автором, предусматривали изучение строения, вещественного состава углей, тектоники и условий формирования угольных месторождений. Они включали:
1) наблюдения при полевых работах условий залегания, морфологии и тектонической нарушенности угольных пластов (трешиноватосгь, разрывы, складки, размывы, раздувы и тл.);
изучение состава, строения, физических и механических свойств вмещающих пород, отбор проб на петрографические и аналитические исследования;
исследование петрографического состава угля;
измерение природной газоносности углей и газообильности горных выработок на отдельных участках шахт.
Опробование углей и пород на газоносность осуществлено с целью изучения качественного состава газа и количественного содержания газовых компонентов в единице массы угля и вмещающей породы. В комплекс лабораторных газовых исследований проб входили: описание керна; технический анализ угля (W , А* .Vй); пластометрия (X, У); объемный и удельный вес керна (<%, ад анализ извлеченного газа (первичная, вторичная дегазации проб), включающий определение содержания СОг, 0 Н2, N2, СН», 0 QHg, СДо Анализ газа проводился на газоанализаторе ООГ-2 (для раздельного определения юнцентраций оксида углерода, углекислого газа, кислорода, метана и водорода) и хроматографах ЛХМ, Модель «3700» и «Крисгалл-2000М» с детекторами по теплопроюдности и ионизации пламени (для определения метана, его гомологов, водорода, азота и гелия). Содержание органических микрокомпонентов углей определено в аншлиф-брикетах под микроскопом в отраженном свете с применением масляной иммерсии и увеличении в 300 - 600 раз.
Основные заипшоемыеиатожеиия:
По геологическому строению в Прокопьевско-Киселевском районе выделены три структурно-тектонические зоны - Западная (Притырганская), Центральная и Восточная (Маганакская), отличающиеся количеством и характером дислокаций, и возникших преимущественно за счет тангенциального давления со стороны Южного Салаира.
Угленосные отложения нижней части верхнебалахонской подсерии накапливались в озерно-дельтовых, а верхние толщи усятско-усинского уровня в пролювиально-аллювиальных обстановках.
Угленосность отложений Прокопьевско-Киселевского района возрастает с юга-востока на северо-запад. Максимально угленосной является нижняя часть кемеровской свиты.
Высокой газонасыщенностью и потенциальной трещиноватостью в районе характеризуются газово-жирные и коксовые по уровню катагенетической преобразованности, витреновые и клареновые по петрографическому составу угли Центральной и Маганакской структурно-тектонических зон. Проявления в составе углеводородных газов гомологов метана (от этана до бутана) и водорода тяготеют к разломам глубокого заложения.
Научная новизна и личный вклад. В работе уточнено геологическое строение Прокопьевско-Киселевского района Кузбасса, определены фациальные условия накопления угленосных толщ. Установлено распределение в разрезе и на площади угольных пластов, дано описание их строения.
Впервые выполнен анализ пространственного распределения газов в угленосных толщах, установлены их состав и геохимические особенности.
Выявлено глубинное расположение в районе зон, с преобладанием различных компонентов в составе газа отобранных проб, с учетом тектонического строения, общей угленосности разреза, характера и мощностей литотипов углей, слагаемых угольные пласты.
Практическая значимость работы. Выявленные закономерности структурного контроля газоносности угленосной толщи являются научной основой для выделения в районе исследования выбросоопасных по газу участков шахт и зон их возможного проектирования и строительства. Их следует учитывать и в других районах Кузбасса.
Установленная высокая газоносность углей Промежуточной, «Ж», «Е», «В», «N», Красногорской, Абинской, Маганакской антиклиналей Центральной и Восточной тектонических зон Прокопьевско-Киселевского сегмента позволяет считать их перспективными для возможной добычи угольного метана
Выявленные закономерности газонасыщенности углей Прокопьевско-Киселевского района учитываются при выборе первоочередных объектов при реализации и уточнении проводимой с 1998 года Программы поисково-оценочных работ и организации добычи метана из угольных пластов в Кузбассе.
Публикации и апробации. Результаты исследований были доложены на VU,VI, X Международных научных симпозиумах студентов и молодых ученых имени академика МА Усова «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск, ТПУ, 2003, 2004, 2006 гг.); Международной конференции «Эволюция и тектоносфера» (г. Москва, 2004 г.); межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития минерально-сырьевой базы и предприятий ТЭК Сибири» (г. Томск, май 2005 г.); Международной конференции «Шахтный метан: извлечение, использование, возможности инвестирования» (г. Кемерово, 19-20 июня 2006 г.), Третьей Сибирской конференции молодых ученых по наукам о Земле (г. Новосибирск, 27 ноября 2006 г.). Общее количество публикаций по теме диссертации -10, в том числе 1 в ведущем рецензируемом научном издании, рекомендованном ВАК Результаты исследований использованы в 2-ух производственных отчетах по газоносности верхнебалахонской подсерии Кузбасса
Автором получены 2 свидетельства о внедрении результатов исследований на предприятиях ОАО «Угольная компания «Кузбассразрезуголь» и ОАО «Кузбассгазпром».
Объем и структура работы.
Стратиграфия и литология угленосных толщ региона
Современное представление о геологическом строении и минеральных ресурсах района сложилось в результате выполнения огромного объёма геологоразведочных и научно-исследовательских работ в период с 1930-1980 гг. Наиболее крупные достижения в познании геологии района и развитии горнодобывающей промышленности приходятся на 30-е и 50-60-е годы XX столетия. В это время был открыт ряд месторождений: Новосергеевское, Краснобродское месторождения и другие площади с коксующимися и энергетическими углями на северо-западе Прокопьевско-Киселевского угольного района. Огромный вклад в изучение геологии региона в 1930-е годы внесли геологи П. И. Дорофеев, М. Д. Залесский, Б. С. Крупенников, И. И. Звонарев, Ю. Ф. Адлер, 3. В. Ер-гольская, Н. Ф. Карпов, С. В: Кумпан, М. Ф. Нейбург, В. А. Орестов, А. В. Ты-жнов, М. А. Усов, В. Д. Фомичев, В. А. Хахлов, В. И. Яворский.
Благодаря существенному прогрессу в изучении общей геологии бассейна в конце 1930-х годов составлены среднемасштабная геологическая карта и издана монография (Геология СССР..., 1940) с описанием геологического строения и полезных ископаемых региона.
В 1955 г. работниками ВостНИИ и трестом «Кузбассуглегеология» была составлена первая временная методика исследования газоносности угольных месторождений в Кузбассе, после выпуска которой начато планомерное исследование газоносности углей на разведочных участках района. Одновременно велись научные исследования по разработке способа нахождения действительной газоносности пласта в точке опробования и методики графического обобщения результатов на региональных картах прогноза газоносности, построенных на основе погоризонтных планов масштаба 1:100 000. Такие карты прогноза были построены впервые для Ленинского района для пяти горизонтов (+100 м, 0 м, -100 м, -200 м, -300 м) с изогазами, проведенными через 5 м3/т горючей массы.
В 1960-е годы было завершено среднемасштабное геологическое и геофизическое картирование территории бассейна, проведены широкие и разносторонние исследования в области региональной геологии, состава и качества углей, гидрогеологии, газоносности, инженерно-геологических условий разработки угольных месторождений. В изучении бассейна в этот период участвовали крупные геологоразведочные организации и многие научные учреждения. Наиболее заметный вклад внесли геологи И. И. Аммосов, Н. М. Белянин, Д. М. Бер-някович, А. И. Боев, А. А. Виснап, Г. Н. Воронкова, С. Г. Горелова, Н. Я. Васильев, В. Ф. Добронравов, Н. И. Елисафенко, К. Д. Жданова, И. П. Максимов, И. И. Молчанов, А. А. Муратов, Э. М. Пах, В. П. Петроченко, В. В. Пономарев, Г. П. Радченко, Г. А. Селятицкий, Э. М. Сендерзон, В. И. Скок, А. Б. Травин, Л. Л. Халфин, С. Н. Шишигин, Н. И. Щербаков, А. И. Янкелевич.
В 1964 г. сотрудниками ВостНИИ по результатам опробования на газоносность разведочных участков и данных по газообильности шахтных выработок были составлены региональные карты прогноза газоносности масштаба 1:25 000 для семи основных угольных пластов района, которые впервые для Кузбасса были построены на основе структурных гипсометрических карт угольных пластов. Использование этих карт позволило дать общий прогноз масштабов газовыделений в пределах основных тектонических структур при разработке нижних горизонтов шахт и новых площадей при геологоразведочных работах.
Основные итоги послевоенного двадцатилетнего этапа изучения бассейна подведены в монографии (Геология месторождений..., 1969), которая остается наиболее полной сводкой знаний по геологии и полезным ископаемым региона. Со второй половины 1960-х годов, в связи с уменьшением доли угля в ТЭК страны, развитие геологоразведочных работ и угледобывающей отрасли в бассейне существенно замедлилось.
Поисково-разведочными работами и тематическими исследованиями в 1960-е и 1970-е годы занимались А. И. Алимов, К. А. Аняпов, С. С. Авдеев, А. П. Авдеев, А. С. Арцер, С. Г. Двуреченский, Н. В. Дорошкевич, В. И. Ермилов, Б. М. Зимаков, П. И. Козловский, А. И. Лежнин, В. Ф. Макеев, 3. С. Цадер, А. Б. Цыганков, В. И. Черепанов, А. 3. Юзвицкий и др. В 1976-1985 гг. проведены поисково-оценочные работы на глубоких горизонтах Прокопьевского месторождения, в ходе которых продуктивный комплекс угленосных отложений был разбурен примерно 20 профилями скважин глубиной до 1200 м. Геологоразведочными работами руководили в этот период геологи Э. М. Пах, А. А. Муратов, А. Н. Манкевич, Н. М. Яганов, А. И. Янкелевич, В. А. Темеров, К. А. Ломс-кий, В. П. Гончаров, Г. Н. Воронкова, А. Д. Мамедов, П. Е. Суйков, А. А. Рубанова. С 1985 г. геологоразведочные работы в районе резко сокращаются и сосредоточиваются в основном на доразведке глубоких горизонтов отдельных шахтных полей и техническом бурении.
В 80-е и особенно 90-е годы произошло значительное сокращение геологоразведочных работ и добычи полезных ископаемых. Геологоразведочная служба, ввиду прекращения государственной поддержки, оказалась, на грани полною разрушения. В настоящее время в небольших объемах продолжаются региональные работы, связанные с обновлением Государственной геологической карты, режимные гидрогеологические наблюдения, тематические исследования по метановому проекту и разведка локальных площадей по заказам угольной отрасли. Ряд крупных работ, посвященных изучению стратиграфии, выделению и сравнению разрезов верхнего палеозоя регионов Ангариды, выполнен группой новосибирских ученых под руководством В. И. Будникова и В. Е. Сивчикова (СНИИГГИМС).
В середине 90-ых годов при изучении глубинного строения Кузбасса по двум глубоким скважинам - Томской Глубокой и Распадской Глубокой-2 (№10000), пробуренным в центральной части бассейна, получены новые геофизические, литологические и биостратиграфические данные. Одновременно возрос интерес и к проблеме геологической оценки участков на возможность промышленной добычи метана из угленосной толщи. В результате тематических работ по проекту «Углеметан» проведена предварительная среднемасштабная оценка ресурсов метана по основным районам бассейна, намечены первоочередные площади геолого-исследовательских работ в Томь-Усинском и Ерунаковском угленосных районах.
Основной объем геологоразведочных работ, связанных с оценкой перспектив бассейна, выявлением и подготовкой угольных месторождений к промышленному освоению, выполнили геологические организации Министерства геологии СССР (тресты "Кузнецкгеология", "Кузбасс-углегеология", Западно-Сибирское геологическое управление) и Министерства угольной промышленности СССР (трест "Кузбассуглеразведка" и геологические подразделения угледобывающих предприятий и объединений). В региональное геологическое изучение и общую оценку ресурсного потенциала бассейна большой вклад внесли сотрудники ВСЕГЕИ, ГИНа, СНИИГТиМСа, Томского университета и Томского политехнического института (М. И. Быстрицкая, С. И. Арбузов, В. В. Ершов, А. А. Поцелуев, А. Н. Зябкий, В. О. Ярков и др.). В изучении вещественного состава, газоносности, качества и технологических свойств углей большую роль сыграли сотрудники ВостНИИ, МГРИ, ИГИ, ВУХИНа, ВСЕГЕИ, КузНИИУглеобогащения и сибирских институтов Академии наук (ИУУ СО РАН, КНЦ СО РАН). Ежегодно в г. Кемерово при поддержке АНО «Углеметан» проводятся открытые международные конференции по сокращению эмиссии шахтного метана, его переработке и использованию, взрывобезопасности ведения горных работ. По разработкам в этой области ведущих экспертов РАН за последнее десятидетие опубликовано более сотни статей (Грицко, 2006, 2007; Сокращение эмиссии..., 2000; Тайлаков, 2003, 2001; Полевщиков, Козырева, 1998, 2000; Пучков, Сластунов, 2005; Рубан, 2000; Скурский, 2005; Экологические ..., 2002 и др.).
Дизъюнктивы и их генетическая классификация
Итак, с точки зрения В.В. Станова, Кузнецкий угольный бассейн является частью крупной грабен-рифтовой структуры (D-Ci), включающей Горловский угольный бассейн, Минусинские впадины, возможно ограниченный на западе крупным разломом в Ордынском угольном районе. Как основные доказательства этого утверждения приводятся следующие факты: 1) совпадение глубин кровли острогской свиты, определенных по степени метаморфизма заключенных в них углей и по фактическому бурению, и соответствие при этом геотермического градиента (30С/км), принятого для расчетов залегания опорных пластов угля «палеогеотермическому градиенту для бассейна в пермское время» по Станову В.В. (1986); 2) асимметричность бассейна, отсутствие по его западной (Присалаирской) и восточной окраинах «глыбовых» отложений, что было замечено еще ранее В.И. Семеркиным (1971); 3) довольно резкая смена литологии толщ вкрест продольной оси Присалаирской складчатой зоны при движении к Салаиру: песчанистость и содержание слоев песчаников в толщах убывают по мере приближения к западной окраине бассейна; 4) очень ровное дно прогиба Кузнецкого бассейна по фундаменту с учетом различий вертикального и горизонтального масштабов разрезов; 5) наличие в Кузнецком Алатау развитых в кембрии поясов гипербазитов, трактующихся с позиции тектоники плит как образования начальной стадии раздвига плит; а также существования в нижних горизонтах и выше по разрезу в девоне вулканитов и продуктов зеленокаменного изменения. Высказанное предположение о структуре Кузбасса как грабене позволяет взглянуть по-новому на тектонику восточного края бассейна, где рядом геологов отмечаются разрывы и складки, вызванные как бы давлением со стороны Кузнецкого Алатау. Однако, возникает ряд замечаний поскольку рифтовые структуры начинают свое развитие на стадии растяжения блоков фундамента, и при этом чаще всего проявляются нарушения сбросового типа. В свете рассматриваемой теории трудно представить давление со стороны этого массива. Скорее можно ожидать давление Кузнецкого Алатау на восток, о чем свидетельствует тектоника некоторых угольных месторождений Минусинского бассейна, и предполагать смятие толщ и образование разрывов при опускании дна Кузнецкого бассейна по разломам, ограничивающим восточный борт грабена.
Таким образом, среди вопросов тектонического строения района и причин его сформировавших имеется несколько точек зрения: окраина парагеосинклинальной области, западная часть краевого прогиба, грабенообразная зона Кузнецкого рифта. Вопрос этот, очевидно, сводится к определению возраста формирования Салаира, как устойчивого поднятия. Автор предполагает, что Салаир, являясь зоной нестабильного геотектонического характера, длительно развивающейся во времени структурой, испытывал в течение догерцинского времени опускания и воздымания, причем в конце среднего (верхнего?) девона в данном регионе он долго оставался поднятой зоной (по его периферии накапливались преимущественно терригенные отложения, с соответствующим комплексом растительности, хотя севернее накапливались морские известняки). Кроме этого, на значительной территории района прослеживается горизонт красноцветных пород в основании нижнего карбона. Очевидно, что вплоть до раннего триаса Салаир испытывал неравномерные погружения и воздымания, которые, видимо, были обусловлены перестройкой и реконструкцией глубинных блоков фундамента, что вызвало в частности появление в районе пологих надвигов, вовлеченных в общее смятие угленосных толщ.
Вопросами тектонического строения района в разное время занимались множество геологов, среди которых наиболее известны М.А. Усов (1930-1936 гг), И.И. Молчанов (1937-1940 гг.), А.А. Белицкий (1959-1961 гг.), В. О. Коудельный (1962, 1964-1971 гг.), А. С. Забродин, В.И. Скок, Ю.А. Арайс (1980) и другие (Корешков и др., 1965ф; Жингель, 1973; Арайс, Турунтаев, 1980ф).
Большинство исследователей сходилось во мнении, что в строении района отчетливо выражается связь с многократными тангенциальными движениями Салаирского массива. При этом не отрицается и влияние тектонических движений систем Кузнецкого Алатау и Томь-Колыванской складчатой зоны. Вопросы влияния данных структур поднимают в свою очередь ряд спорных по сей день проблем, в частности, вопрос о возрасте Салаира. В. А. Кузнецов (1952, 1954, 1956) относит Салаирские сооружения к каледонидам (ранневарисские структуры) (Арайс, Турунтаев, 1980ф). По мнению М.А. Усова (1936), A.M. Кузьмина (1928), В.Ф. Сперанского и М.К. Винкмана (1935), В.А. Унксова (1958) и других ученых Салаир начав развитие для бассейна в пермское время» по Станову В.В. (1986); 2) асимметричность бассейна, отсутствие по его западной (Присалаирской) и восточной окраинах «глыбовых» отложений, что было замечено еще ранее В.И. Семеркиным (1971); 3) довольно резкая смена литологии толщ вкрест продольной оси Присалаирской складчатой зоны при движении к Салаиру: песчанистость и содержание слоев песчаников в толщах убывают по мере приближения к западной окраине бассейна; 4) очень ровное дно прогиба Кузнецкого бассейна по фундаменту с учетом различий вертикального и горизонтального масштабов разрезов; 5) наличие в Кузнецком Алатау развитых в кембрии поясов гипербазитов, трактующихся с позиции тектоники плит как образования начальной стадии раздвига плит; а также существования в нижних горизонтах и выше по разрезу в девоне вулканитов и продуктов зеленокаменного изменения.
Высказанное предположение о структуре Кузбасса как грабене позволяет взглянуть по-новому на тектонику восточного края бассейна, где рядом геологов отмечаются разрывы и складки, вызванные как бы давлением со стороны Кузнецкого Алатау. Однако, возникает ряд замечаний , поскольку рифтовые структуры начинают свое развитие на стадии растяжения блоков фундамента, и при этом чаще всего проявляются нарушения сбросового типа. В свете рассматриваемой теории трудно представить давление со стороны этого массива. Скорее можно ожидать давление Кузнецкого Алатау на восток, о чем свидетельствует тектоника некоторых угольных месторождений Минусинского бассейна, и предполагать смятие толщ и образование разрывов при опускании дна Кузнецкого бассейна по разломам, ограничивающим восточный борт грабена.
Таким образом, среди вопросов тектонического строения района и причин его сформировавших имеется несколько точек зрения: окраина парагеосинклинальной области, западная часть краевого прогиба, грабенообразная зона Кузнецкого рифта. Вопрос этот, очевидно, сводится к определению возраста формирования Салаира, как устойчивого поднятия. Автор предполагает, что Салаир, являясь зоной нестабильного геотектонического характера, длительно развивающейся во времени структурой, испытывал в течение догерцинского времени опускания и воздымания, причем в конце среднего (верхнего?) девона в данном регионе он долго оставался поднятой зоной (по его периферии накапливались преимущественно терригенные отложения, с соответствующим комплексом растительности, хотя севернее накапливались морские известняки). Кроме этого, на значительной территории района прослеживается горизонт красноцветных пород в основании нижнего карбона. Очевидно, что вплоть до раннего триаса Салаир испытывал неравномерные погружения и воздымания, которые, видимо, были обусловлены перестройкой и реконструкцией глубинных блоков фундамента, что вызвало в частности появление в районе пологих надвигов, вовлеченных в общее смятие угленосных толщ.
Вопросами тектонического строения района в разное время занимались множество геологов, среди которых наиболее известны М.А. Усов (1930-1936 гг), И.И. Молчанов (1937-1940 гг.), А.А. Белицкий (1959-1961 гг.), В. О. Коудельный (1962, 1964-1971 гг.), А. С. Забродин, В.И. Скок, Ю.А. Арайс (1980) и другие (Корешков и др., 1965ф; Жингель, 1973; Арайс, Турунтаев, 1980ф).
Петрографический и марочный составы углей Прокопьевско Киселевского сегмента
Для структур района отчётливо устанавливается весьма тесная связь их с многократными тектоническими движениями со стороны Салаира. На первых этапах это преимущественно тангенциальные и глыбовые движения, а в дальнейшем последние начали преобладать, оформив современный структурный план.
В качестве примера следует привести стереограмму средне- и мелкоамплитудной разрывной тектоники района (составлена по 160 замерам) (рис. 28).
В истории формирования тектоники Прокопьевске — Киселевского сегмента намечается 3 крупных периода. Начального надвигообразования. Возникновение как крупных, так и мелких пологих надвигов при горизонтальном залегании толщи пород. Эти надвиги во втором периоде участвовали совместно с толщей пород в образовании пликативных форм и приобрели черты антиклиналей и синклиналей. Преобладание процессов образования линейной складчатости, не исключено формирование в данный период образование мелких, небольшой амплитуды разрывов. Начался после того, когда были исчерпаны пластические возможности толщи при складкообразовании. По продолжительности он значительно меньше первых двух. Для этого периода характерно образование различных типов дизъюнктивных нарушений: согласных и несогласных взбросов, взбросо - сдвигов , диагональных и поперечных сдвигов.
Стереограмма сопоставления элементов преобладающей взбросово-надвиговой тектоники с преобладающим направлением осевой плоскости и шарнира в антиклинальных складках района:
Амплитуда смещения толщи пород по сместителям этого периода колеблется в пределах от 1 до 30-40 м, реже 50-60 м. Дизъюнктивы I и III периодов имеют существенные различия. Дизъюнктивы I периода сдваивали угленосную толщу, а нарушения более позднего III периода растягивали её, образуя между пластами зияния.
Среди пликативных форм следует выделить две группы разного значения. Среди первой группы преобладают крупные региональные складки (I Западная, Нулевая, Центральная синклинали; I, II Тырганские,
Новосергеевская антиклинали). Размах крыльев этих структур от 500 до 700 метров. Они, как правило, осложнены крупными разрывами и мелкими складками высших порядков.
Вторая группа представляет собой так называемые дополнительные складки (Малая, Безымянная, Сложная, «а» и другие синклинали; Северная, Дополнительная, Безымянная и другие антиклинали) с размахом крыльев 40-100 метров и протяженностью от первых десятков до первых сотен метров.
Разрывная тектоника района автором подразделяется на 4 группы по размерам (протяженности в плане, толщине приразломной зоны нарушенных пород, количестве нарушений отходящих от основной структуры и масштабу ее проявления на смежных регионах):
Первая группа — региональные разрывы протяженностью в плане свыше 100 км (Тырганский надвиг, М, Тайбинский разлом), сопровождающиеся мощной зоной раздробленных и перемятых пород (до 0,5-1 км), со множеством отходящих апофиз. Так для Тырганского разлома на територрии региона количество апофиз второй группы доходит до трех десятков.
Вторая группа включает в себя Змеинский взброс, нарушения 5,12,13, 13 , 15, нарушения 1-І, П-П, 3-3. Генетически они близки к региональным разломам, в основном это согласно падающее нарушения, с большими зонами дробления пород и амплитудами смещения.
К третьей группе следует относить нарушения 59, 19, 94, Н, 6 и другие с ограниченным распространением по простиранию. Они имеют амплитуду смещения пород не более 100 метров и зону дробления до 5 метров. Четвертая группа представлена разрывами, возникшими в результате послойных движений толщи, ограниченного распространения и не выходящих за пределы одного угольного пласта. приспосабливались к общему направлению движения горных масс. Из двух направлений продольных систем разрывов наиболее ярко проявлена та система, которая имеет согласное падение с напластованием. Диагональные системы трещин развиты также довольно часто; из четырех систем диагональных разрывов, наиболее проявлены нарушения с падением согласным падению толщи. Нарушения поперечных систем трещиноватости встречаются сравнительно редко.
Наблюдение за штриховкой на поверхностях разрывов показало, что в продольных разрывах угол между штриховкой разрывов близок к 90 (на этом основании их можно называть взбросами, отдвигами, подбросами. В диагональных разрывах этот угол обычно колеблется в пределах 30-50 или 120-150, поэтому для них характерны сложные названия. В поперечных разрывах штриховка чаще всего горизонтальна, следовательно, они чаще всего являются типичными сдвигами.
Рассмотренные особенности тектонического строения региона указывают на основную связь разломной тектоники и бокового воздействия Салаира. Множественность крупных согласных с простиранием угленосной толщи взбросов (Тайбинский (М-М), Калзыгайский, Киселевский, 1-І, П-П, Е-Е и др.), надвиговых структур (Тырганский, Афонино-Киселевский взбросо-надвиг) с юго-западным крутым падением сместителей в сторону Салаирского выступа; осложняющая их трещиноватость, плотность сети которой увеличивается пропорционально при движении на юго-запад. Таким образом, в модели геологического развития региона существовало три этапа:
Таким образом, Прокопьевско-Киселевский район представляет собой краевую наиболее дислоцированную часть Присалаирской складчатой зоны, сформированной в результате преимущественно горизонтальных движений Салаира и примыкающего к нему с запада позднепалеозойско-раннемезозойского мобильного пояса. Данные движения привели к образованию как мелких, так и крупных, согласных простиранию толщи, разрывных нарушений (по 160 замерам средний азимут простирания нарушений - СЗ - 340-346). При такой ориентировке осей нормальных напряжений и соответствующих им плоскостей отрыва и скалывания образуется весьма разнообразная гамма морфологических типов нарушений, наиболее распространенными из которых в регионе являются крутые согласные сбросы с зиянием, крутые несогласные взбросы с зиянием, крутые согласные взбросы с перекрытием и ряд диагональных и поперечных форм дизъюнктивов.
Напряженность складчатости и степень разрывной нарушенности возрастает от стратиграфически вышележащих толщ к нижележащим, вкрест простирания по направлению к Салаиру и по простиранию от флангов к средней части рассматриваемой зоны. В поперечных вертикальных разрезах (см. рис. 10, 12, 13) наблюдается четко выраженный ряд: от широких плоскодонных синклиналей на северо-востоке к эллипсовидным в плане брахисинклиналям в переходной зоне и, наконец, сжатой ("линейной") складчатости на сочленении с Салаиром.
Геохимические особенности и оценка объемов генерации газов при катагенезе органического вещества углей
Постоянная потребность в новых данных по газоносности осваиваемых и разведываемых шахтных полей региона связана с необходимостью прогноза метанообильности проектируемых горных выработок, разработки мер борьбы с газовыделениями, инженерных расчетов шахтной вентиляции и дегазации угольных пластов, а также для оценки ресурсов и подсчета запасов метана. Изучение газоносности Кузбасса началось с 1936 г., когда С. О. Гросманом (1936) были опубликованы данные по газовым свойствам углей Ленинского района. Систематическими исследованиями занимались начиная с 1954 года сотрудники МГРИ совместно с трестом «Кузбассуглегеология» и ВостНИИ, а позднее и ИГД им. Скочинского под руководством проф. Г.Д. Лидина. В ходе проводившихся в 1930-1960-е годы поисков нефти и газа при бурении глубоких скважин (до 2,5-2,8 км) на Борисовской и Сыромолотненской площадях северовосточного Кузбасса были установлены нефте- и газопроявления, притоки природного газа достигали объёмов от 14 до 21,6 тыс.м /сут (7). Тематические исследования газоносности Кузбасса велись при разведке и доразведке полей шахт и разрезов.
К настоящему времени газоносность исследована неравномерно. Обработанный автором материал по газоносности показал, что в верхнепалеозойских (С2-Р) толщах Кузбасса газы изучены довольно детально до глубин 400-500 м, фрагментарно - по немногочисленным скважинам - до 500-700 м и крайне мало на глубинах более 1000 м. На 146 участках, в том числе 76 шахтных полях, изученность в основном соответствует требованиям Инструкции..., 1977.
Качественный состав изучен с помощью отбора газовых проб из керна, после его подъема, а также отбора проб угля в герметический стакан (ГС). Для прямого определения природной газоносности применяют специальные колонковые снаряды (керногазонаборники). Имеются также методы косвенного определения природной газоносности испытателями пластов малого диаметра (КИИ-65); определения посредством проведения регулярных газовых -Е»ЄМОК В горных выработках шахт. Менее точно, но более достоверно, чем пр: тэасчете горностатистическим методом, природная газоносность угольных шластов может быть рассчитана по данным газообильности очистных в эо работок действующих шахт по формулам прогноза метанообильности, рассчи хываемой по плановым и категорийным замерам ВГСЧ и службы шахтной ве ттилянии Комплексный метод МГРИ основанный на использовании газового ГЕсэротажа дает представление о газовых свойствах пластов, однако его іЦХєпменение крайне затруднительно при сложных геологических условиях участков, даже при применении его в совокупности с геофизическими методами - Е ІЕСЗ, ГК и др. (Инструкция..., 1977). Возможность извлечения и утилизагсн газов угольных пластов оценена лишь теоретически, не смотря на. наличие многолетнего положительного мирового опыта. До сих пор неизвестными оставались основные параметры, необходимые для эконо:1ч/гического обоснования и проектирования газового промысла: проницаемость угольных пластов, сорбционные свойства различных типов углей, теоретическая и фактическая скорость отдачи углями сорбированного газа.
Всего по бассейну опробовано к 2002 г. (Угольная база..., .ООЗ) 7192 скважины, отобрано 54100 углегазовых проб, из них: в Ерунаковскоїч/с районе -8011 проб по 1171 скважинам, в Томь-Усинском — 3856 проб по 336 скважинам. При этом велик процент некачественно отобранных. проб на некоторых шахтных полях района процент потери газа в результате несовершенства оборудования, технологии и квалификации персонала осуществлявшего отбор, составляет 100%, в среднем по району 20-30%.
Масштабы газовыделений в шахтах зависят от газоносности угольных месторождений. В пределах Кузнецкого бассейна и его угольных месторождений распределение газа в недрах на горизонтах резко различное что обусловлено особенностями геологических условий газоносно стен каждого месторождения, каждого шахтного поля и неодинаковым характером нарастания с глубиной метаноносности пластов углей разных стадий метаморфизма.
Для определения источников газовыделений в шахтах и обеспечения газобезопасности все породы в угленосной толще приходится оценивать как коллекторы с разной степенью газонасыщения. Даже пласты пород, обладающие свойствами газоупоров (покрышек) в шахтных условиях при вскрытии выработками, а также в зонах обрушения и дренирования могут играть (различную по масштабу) роль коллектора - выделять метан в горные выработки.
Обоснованная научно оценка роли угленосных формаций как крупнейших источников и мест накопления метана в земной коре открывает большие перспективы в увеличении ресурсов углеводородных газов, организации и обеспечении добычи собственного газа в углепромышленных районах Кузбасса.
Объективными предпосылками широкомасштабной промысловой добычи местного газа в Кузбассе является зарубежный и отечественный опыт, наличие эффективных технологий извлечения метана из угольных пластов и огромные его ресурсы в недрах бассейна (13 трлн. м до глубины 1,8 км по данным Зимакова, Натуры, Хрюкина, 1992). Изучение распространения во вмещающих породах метана, тяжелых углеводородных газов и водорода необходимо для познании процессов газообразования в угленосных толщах, для оценки перспектив выделения газоконденсатных залежей на угленосных площадях, а также имеет прямое практическое значение для угольной промышленности, поскольку наличие тяжелых углеводородов и водорода значительно расширяет диапазоны взрывоопасных концентраций, увеличивает силу взрыва, ускоряет распространение пламени, понижает температуру и время воспламенения рудничных газов.
